The second paper of this series presents two robust entropy stable shock-capturing methods for discontinuous Galerkin spectral element (DGSEM) discretizations of the compressible magneto-hydrodynamics (MHD) equations. Specifically, we use the resistive GLM-MHD equations, which include a divergence cleaning mechanism that is based on a generalized Lagrange multiplier (GLM). For the continuous entropy analysis to hold, and due to the divergence-free constraint on the magnetic field, the GLM-MHD system requires the use of non-conservative terms, which need special treatment. Hennemann et al. [DOI:10.1016/j.jcp.2020.109935] recently presented an entropy stable shock-capturing strategy for DGSEM discretizations of the Euler equations that blends the DGSEM scheme with a subcell first-order finite volume (FV) method. Our first contribution is the extension of the method of Hennemann et al. to systems with non-conservative terms, such as the GLM-MHD equations. In our approach, the advective and non-conservative terms of the equations are discretized with a hybrid FV/DGSEM scheme, whereas the visco-resistive terms are discretized only with the high-order DGSEM method. We prove that the extended method is entropy stable on three-dimensional unstructured curvilinear meshes. Our second contribution is the derivation and analysis of a second entropy stable shock-capturing method that provides enhanced resolution by using a subcell reconstruction procedure that is carefully built to ensure entropy stability. We provide a numerical verification of the properties of the hybrid FV/DGSEM schemes on curvilinear meshes and show their robustness and accuracy with common benchmark cases, such as the Orszag-Tang vortex and the GEM reconnection challenge. Finally, we simulate a space physics application: the interaction of Jupiter's magnetic field with the plasma torus generated by the moon Io.


翻译:本系列的第二篇论文展示了两种不连续的 Galerkin 光谱元件(DGSEM) 离散的精确磁流动力学(MHD) 方程式。 具体地说, 我们使用耐变的 GLM- MHD 方程式, 其中包括基于通用的Lagrange 倍增( GLM) 的分解清理机制。 持续流流解分析要保持。 由于磁场的无差异限制, GLM- MHD 系统需要使用非保守术语, 需要特殊处理。 [DONenmann 和 AL. [DO: 10. 1016/j. jcp.20.109.935] 最近, 我们采用了一种耐变变的磁流变异变异变异变异变异变异变异变异异变异异异变异变异变异变异变异变异变异变异变异变异变异变异变异变异变异变异变异变异变变变变变变变变变变变变异变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变变法。

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