The design and analysis of a unified asymptotic preserving (AP) and well-balanced scheme for the Euler Equations with gravitational and frictional source terms is presented in this paper. The asymptotic behaviour of the Euler system in the limit of zero Mach and Froude numbers, and large friction is characterised by an additional scaling parameter. Depending on the values of this parameter, the Euler system relaxes towards a hyperbolic or a parabolic limit equation. Standard Implicit-Explicit Runge-Kutta schemes are incapable of switching between these asymptotic regimes. We propose a time semi-discretisation to obtain a unified scheme which is AP for the two different limits. A further reformulation of the semi-implicit scheme can be recast as a fully-explicit method in which the mass update contains both hyperbolic and parabolic fluxes. A space-time fully-discrete scheme is derived using a finite volume framework. A hydrostatic reconstruction strategy, an upwinding of the sources at the interfaces, and a careful choice of the central discretisation of the parabolic fluxes are used to achieve the well-balancing property for hydrostatic steady states. Results of several numerical case studies are presented to substantiate the theoretical claims and to verify the robustness of the scheme.


翻译:以引力和摩擦源术语的Euler Equal Equations 的统一的无光保护(AP)和平衡计划的设计和分析在本文件中介绍。 Euler系统在零马赫和Froude数字限制范围内的无光保护行为和大摩擦以额外的缩放参数为特征。根据这个参数的值,Euler系统向双曲或抛物线限制方程式放松。标准的隐含式排除龙格-库塔计划无法在这些无光系统之间转换。我们提议一个时间半分解,以获得一个统一的计划,这是针对两个不同界限的AP。对半隐含性办法的进一步重新拟订可以作为一种完全明白的方法,使质量更新既包含超曲又包含抛物线通通通通量的通量。一个空间时全分解计划使用一个有限的数量框架来制定。一个水力重组战略,使界面的源向上逆向上移动,并且谨慎地选择一个液分解的理论化方案,以稳定地平整数项的方式进行。

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