The energy stable flux reconstruction (ESFR) method provides an efficient and flexible framework to devise high-order linearly stable numerical schemes which can achieve high levels of accuracy on unstructured grids. While superconvergent properties of ESFR schemes have been observed in numerical experiments, no formal proof of this behavior has been reported in the literature. In this work, we attempt to address this by providing a simple derivation for the superconvergence of the dispersion-dissipation error of ESFR schemes for the linear advection problem when using an upwind numerical flux. We show that the superconvergence of ESFR schemes essentially relies on the capacity of the latter to generate superconvergent rational approximants of the exponential function, which is reminiscent of well-known theoretical results for superconvergence of discontinuous Galerkin (DG) methods. We also demonstrate that the drops in order of accuracy which are observed in numerical experiments as the ESFR scalar $c$ is increased are caused by both a modification of the structure of these rational approximants and a change in the multiplicity of the physical eigenvalue of the schemes as $c \to \infty$. Finally, our theoretical results are successfully validated against numerical experiments.


翻译:能量稳定通量重构(ESFR)方法为设计高阶线性稳定数值格式提供了一个高效且灵活的框架,该框架能够在非结构网格上实现高精度计算。尽管ESFR格式的超收敛特性已在数值实验中被观察到,但文献中尚未报道关于该行为的正式证明。本文试图通过为线性对流问题在使用迎风数值通量时ESFR格式的色散-耗散误差超收敛性提供一个简洁的推导来填补这一空白。我们证明ESFR格式的超收敛性本质上依赖于其生成指数函数超收敛有理逼近的能力,这与间断伽辽金(DG)方法超收敛性的经典理论结果相呼应。我们还通过数值分析表明,当ESFR标量参数$c$增大时,数值实验中观察到的精度阶下降现象是由以下两个因素共同导致的:一是这些有理逼近结构的改变,二是当$c \\to \\infty$时格式物理特征值重数的变化。最后,我们的理论结果通过数值实验得到了有效验证。

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