In this paper, we propose a novel Lagrange Multiplier approach, named zero-factor (ZF) approach to solve a series of gradient flow problems. The numerical schemes based on the new algorithm are unconditionally energy stable with the original energy and do not require any extra assumption conditions. We also prove that the ZF schemes with specific zero factors lead to the popular SAV-type method. To reduce the computation cost and improve the accuracy and consistency, we propose a zero-factor approach with relaxation, which we named the relaxed zero-factor (RZF) method, to design unconditional energy stable schemes for gradient flows. The RZF schemes can be proved to be unconditionally energy stable with respect to a modified energy that is closer to the original energy, and provide a very simple calculation process. The variation of the introduced zero factor is highly consistent with the nonlinear free energy which implies that the introduced ZF method is a very efficient way to capture the sharp dissipation of nonlinear free energy. Several numerical examples are provided to demonstrate the improved efficiency and accuracy of the proposed method.


翻译:在本文中,我们提出一种新的Lagrange乘数法,称为零因子法,以解决一系列梯度流动问题。基于新算法的数字方案无条件的能源稳定与原有能源,不需要额外的假设条件。我们还证明,带有特定零因数的ZF计划导致流行的SAV型方法。为了降低计算成本,提高准确性和一致性,我们建议采用零因子法,即我们称之为零因子法的放松方法,为梯度流动设计无条件的能源稳定计划。RZF计划可以证明无条件的能源稳定与更接近原始能源的改良能源有关,并提供非常简单的计算过程。引入的零因数与非线性自由能源非常一致,这意味着引进的ZF方法是捕捉非线性自由能源急剧流失的非常有效的方法。提供了几个数字例子,以证明拟议方法的效率和准确性。

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