arXivDaily arXiv每日学术速递 周一至周五更新
arXiv 1505.03250math.NAcs.NA
收藏

多尺度数值方案用于异常扩散极限下的动力学方程

Multiscale numerical schemes for kinetic equations in the anomalous diffusion limit

INRIA(法国国家信息与自动化研究所);IRMAR, Université de Rennes 1(雷恩第一大学 IRMAR);CNRS(法国国家科学研究中心)

Nicolas Crouseilles, Hélène Hivert, Mohammed Lemou

AI总结:

本文提出两种多尺度数值方案,用于求解具有异常扩散尺度的动力学方程。两种方案均具有渐进行为,能够适应重尾平衡或小速度碰撞频率退化的情况,且在ε趋近于0时退化为一致模型。

摘要:

我们构建了用于求解具有异常扩散尺度的动力学方程的数值方案。当平衡分布具有重尾或小速度碰撞频率退化时,应采用适当的尺度并得到所谓的异常或分数扩散模型。我们的第一种方案基于分布函数的适当微-宏分解,而第二种方案依赖于动力学方程的杜哈梅公式。两者均为渐进行为(AP):它们在所有固定的尺度参数ε>0值下都与动力学方程一致,并在ε趋近于0时退化为一致求解渐近模型的方案。第二种方案具有更强的性质,即关于ε的均匀准确性(UA)。通常用于经典扩散极限的AP方案无法直接应用于异常扩散尺度的上下文,因为它们无法捕捉大和小速度的重要影响。我们通过数值测试来突出所提方案的效率。

英文摘要:

We construct numerical schemes to solve kinetic equations with anomalous diffusion scaling. When the equilibrium is heavy-tailed or when the collision frequency degenerates for small velocities, an appropriate scaling should be made and the limit model is the so-called anomalous or fractional diffusion model. Our first scheme is based on a suitable micro-macro decomposition of the distribution function whereas our second scheme relies on a Duhamel formulation of the kinetic equation. Both are \emph{Asymptotic Preserving} (AP): they are consistent with the kinetic equation for all fixed value of the scaling parameter $\varepsilon >0$ and degenerate into a consistent scheme solving the asymptotic model when $\varepsilon$ tends to $0$. The second scheme enjoys the stronger property of being uniformly accurate (UA) with respect to $\varepsilon$. The usual AP schemes known for the classical diffusion limit cannot be directly applied to the context of anomalous diffusion scaling, since they are not able to capture the important effects of large and small velocities. We present numerical tests to highlight the efficiency of our schemes.

机构、总结、中文摘要均由AI分析而来,可能存在错误,请以论文正文为准。

↑