Several important PDE systems, like magnetohydrodynamics and computational electrodynamics, are known to support involutions where the divergence of a vector field evolves in divergence-free or divergence constraint-preserving fashion. Recently, new classes of PDE systems have emerged for hyperelasticity, compressible multiphase flows, so-called first order reductions of the Einstein field equations, or a novel first order hyperbolic reformulation of Schr\"odinger's equation, to name a few, where the involution in the PDE supports curl-free or curl constraint-preserving evolution of a vector field. Since mimetic numerical schemes for the solution of the former class of PDEs are well-developed, we draw guidance from them for the solution of the latter class of PDEs. We show that a study of the curl constraint-preserving reconstruction gives us a great deal of insight into the design of consistent, mimetic schemes for these involutionary PDEs. The importance of multidimensional Riemann solvers in facilitating the design of such schemes is also documented. We study the problem of curl constraint-preserving reconstruction as it pertains to the design of mimetic discontinuous Galerkin (DG) and finite volume (FV) schemes for PDEs that support such an involution. This is done for two and three dimensional structured mesh problems where we deliver closed form expressions for the reconstruction. The role that this reconstruction plays in the curl-free, or curl-preserving prolongation of vector fields in adaptive mesh refinement (AMR) is also discussed. In two dimensions, a von Neumann analysis of structure-preserving DG-like schemes that mimetically satisfy the curl constraints, is also presented. Numerical results are also presented to show that the schemes meet their design accuracy.


翻译:几个重要的 PDE 系统, 如磁流流动力学和计算电动学, 已知可以支持向量场演进的进化。 最近, 向量场的异差以无差异或差异限制度的节制方式演变。 最近, PDE 系统出现了新类别的超弹性、 压缩多阶段流、 所谓的爱因斯坦地区方程式的第一顺序降序, 或者所谓的Schr\“ 批量” 等新颖的第一顺序双曲重改制, 仅举几个例子, PDE 的进量支持向量场的卷量或曲线限制度限制度的演进。 由于向量场的变量场的变量化, 向量场的变量性变速性变速性变现也记录了它们用于设计向量变速性变速法的变速性解调制方法。 我们研究的向向量变序变序的向量变速机制的这种变速性变速性变现机制的变现, 向的变速性变速性变序的变现机制的变现过程的变现过程, 向的变现过程的变现过程的变现过程的变现过程的变现机制的变现过程的变现过程的变现过程的变现, 向的变现过程的变现过程的变现过程的变现过程的变现过程的变现过程的变现过程的变现, 的变现过程的变现过程的变现过程的变现过程的变现过程的变现过程的变现, 的变现过程的变现过程的变现过程的变现过程的变现过程的变现过程的变制的变现过程的变现过程的变现过程的变式的变现, 的变现过程的变制的变制的变的变的变的变现过程的变现过程的变现过程的变现过程的变现过程的变现过程的变现过程的变现过程的变现过程的变现, 的变的变现过程的变的变的变的变的变的变的变的变的变制的变的变的变制的变现的变现的变现过程的变现过程的变现过程的变现过程的变现过程的

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