We develop efficient and high-order accurate finite difference methods for elliptic partial differential equations in complex geometry in the Difference Potentials framework. The main novelty of the developed schemes is the use of local basis functions defined at near-boundary grid points. The use of local basis functions allow unified numerical treatment of (i) explicitly and implicitly defined geometry; (ii) geometry of more complicated shapes, such as those with corners, multi-connected domain, etc; and (iii) different types of boundary conditions. This geometrically flexible approach is complementary to the classical difference potentials method using global basis functions, especially in the case where a large number of global basis functions are needed to resolve the boundary, or where the optimal global basis functions are difficult to obtain. Fast Poisson solvers based on FFT are employed for standard centered finite difference stencils regardless of the designed order of accuracy. Proofs of convergence of difference potentials in maximum norm are outlined both theoretically and numerically.


翻译:在“差异潜力”框架内,我们为复杂几何结构中的椭圆部分差异方程制定了高效和高序准确的有限差异方法。发达办法的主要新颖之处是使用近界网格点界定的当地基础功能。使用本地基础功能可以统一下列数字处理:(一) 明确和隐含界定的几何;(二) 较为复杂的形状的几何方法,如角形、多连接域等;以及(三) 不同类型的边界条件。这种几何灵活方法补充了使用全球基础功能的传统差异潜力方法,特别是在需要大量全球基础功能来解决边界问题或难以获得最佳全球基础功能的情况下。基于FFFT的快式Poisson溶解器,用于标准的中点定点差异,而不论设计的准确程度如何。从理论上和数字上概述了最大规范中潜在差异的趋同证据。

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