This study presents a Lagrange-Galerkin scheme of second order in time for the shallow water equations with a transmission boundary condition, which maintains the two advantages of the Lagrange-Galerkin methods, i.e., the CFL-free robustness for convection-dominated problems and the symmetry of the resulting coefficient matrices for the system of linear equations. The two material derivatives in non-conservative and conservative forms are discretized based on the ideas of the two-step backward difference formula of degree two along the trajectory of the fluid particle. Numerical results by the scheme are presented. Firstly, the experimental order of convergence of the scheme is shown to see the second-order accuracy in time. Secondly, the effect of the transmission boundary condition on a simple domain is discussed; the artificial reflections are kept from the Dirichlet boundaries and removed significantly from the transmission boundaries. Thirdly, the scheme is applied to a complex practical domain, i.e., the Bay of Bengal region, which is non-convex and includes islands. The effect of the transmission boundary condition is discussed again for the complex domain; the artificial reflections are removed significantly from transmission boundaries, which are set on open sea boundaries. Based on the numerical results, it is revealed that the scheme has the following properties; (i) the same advantages of Lagrange-Galerkin methods (the CFL-free robustness and the symmetry of the matrices); (ii) second-order accuracy in time; (iii) mass preservation of the function for the water level from the reference height (until the contact with the transmission boundaries of the wave); and (iv) no significant artificial reflection from the transmission boundaries.


翻译:此项研究为浅水方程式提供了一个第二顺序的Lagrange-Galerkin方案,该方案保持了Lagrange-Galerkin方法的两个优点,即对流主导问题的无CFL稳性以及由此产生的线性方程式系数矩阵的对称性。非保守和保守形式的两种物质衍生物根据流体粒子轨迹两步后向差公式的构想而分解。介绍了该办法的数值结果。首先,该办法的合并实验性边界顺序能够及时看到第二顺序的准确性。第二,讨论传输边界条件对简单域的影响;人为反射从Diricht 边界进行,并大大脱离传输边界。第三,该办法适用于一个复杂的实用域,即Bengal Bay区域,与非convex 区域,包括岛屿。传输边界条件的影响在复杂的域内再次讨论,传输边界线的实验性顺序的精确性顺序;传输边界对一个简单域域的影响; 人为反射法的底线图具有显著的底线; 向海面的反射法具有显著的底线(从C) 。

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