This paper investigates a Gauge--Uzawa finite element method (GU-FEM) for the two-dimensional chemo--repulsion--Navier--Stokes (CRNS) system. The proposed approach establishes a fully discrete projection framework that integrates the advantages of both the canonical and Uzawa--type formulations, while preserving variational consistency. The proposed GU-FEM possesses two notable advantages: (1) it requires no initial pressure value; (2) it avoids artificial pressure boundary conditions, thereby reducing computational overhead. Furthermore, the scheme is shown to be unconditionally energy stable, and optimal error estimates are derived for the cell density, chemical concentration, and fluid velocity. Finally, several numerical experiments are presented to demonstrate the accuracy, stability, and efficiency of the proposed consistent projection finite element method.


翻译:本文研究了一种用于二维化学排斥-纳维-斯托克斯(CRNS)系统的Gauge--Uzawa有限元方法(GU-FEM)。所提出的方法建立了一个全离散投影框架,该框架整合了规范形式和Uzawa型公式的优点,同时保持了变分一致性。所提出的GU-FEM具有两个显著优势:(1)无需初始压力值;(2)避免了人工压力边界条件,从而减少了计算开销。此外,该格式被证明是无条件能量稳定的,并且为细胞密度、化学浓度和流体速度推导出了最优误差估计。最后,通过多个数值实验验证了所提出的一致性投影有限元方法的准确性、稳定性和效率。

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