The quadrature-based method of moments (QMOM) offers a promising class of approximation techniques for reducing kinetic equations to fluid equations that are valid beyond thermodynamic equilibrium. A major challenge with these and other closures is that whenever the flux function must be evaluated (e.g., in a numerical update), a moment-inversion problem must be solved that computes the flux from the known input moments. In this work we study a particular five-moment variant of QMOM known as HyQMOM and establish that this system is moment-invertible over a convex region in solution space. We then develop a high-order Lax-Wendroff discontinuous Galerkin scheme for solving the resulting fluid system. The scheme is based on a predictor-corrector approach, where the prediction step is a localized space-time discontinuous Galerkin scheme. The nonlinear algebraic system that arises in this prediction step is solved using a Picard iteration. The correction step is a straightforward explicit update using the predicted solution in order to evaluate space-time flux integrals. In the absence of additional limiters, the proposed high-order scheme does not in general guarantee that the numerical solution remains in the convex set over which HyQMOM is moment-invertible. To overcome this challenge, we introduce novel limiters that rigorously guarantee that the computed solution does not leave the convex set over which moment-invertible and hyperbolicity of the fluid system is guaranteed. We develop positivity-preserving limiters in both the prediction and correction steps, as well as an oscillation-limiter that damps unphysical oscillations near shocks and rarefactions. Finally, we perform convergence tests to verify the order of accuracy of the scheme, as well as test the scheme on Riemann data to demonstrate the shock-capturing and robustness of the method.


翻译:以二次曲线为基础的瞬时法( QMOM) 提供了一种有希望的近距离技术, 用于将动动方程降低为流体方程, 其效果超过热力平衡。 这些和其他关闭的主要挑战在于, 当需要评估通量函数时( 例如在数字更新中), 就必须解决瞬时的转换问题, 以计算已知输入时刻的通量。 在此工作中, 我们研究一个被称为 HyQMOM 的五步变方程, 并确定这个系统在溶液空间的 convex 区域上是瞬时不可逆的。 然后我们开发一个高等级的Lax- Wendroff不连续的 Galerkin 方案, 解决由此产生的流体系统。 这个方案基于预测或校正的方法, 预测步骤是局部的时空不连续变变电。 这个预测的变电系统是用来用Picarcard Registration 来解决的。 我们的纠正步骤是一个直截然的更新步骤, 使用预测的解决方案来评价时空时空通的内流内流的内置内置内置的内置内置内置, 。 在没有额外的内置的内置内置中, 度中, 的内置的内置的内置的内置的内置的内置的内置中, 的内置中, 的内置的内置的内置的内置的内置的内置的内置的内置系统是用来显示的内置的内置的内置的内置系统, 。

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