We present fourth-order conservative non-splitting semi-Lagrangian (SL) Hermite essentially non-oscillatory (HWENO) schemes for linear transport equations with applications for nonlinear problems including the Vlasov-Poisson system, the guiding center Vlasov model, and the incompressible Euler equations in the vorticity-stream function formulation. The proposed SL HWENO schemes combine a weak formulation of the characteristic Galerkin method with two newly constructed HWENO reconstruction methods. Fourth-order accuracy is accomplished in both space and time under a non-splitting setting. Mass conservation naturally holds due to the weak formulation of the characteristic Galerkin method and the design of the HWENO reconstructions. We apply a positive-preserving limiter to maintain the positivity of numerical solutions when needed. Although the proposed SL framework allows us to take large time steps for improving computational efficiency, it also brings challenges to the spatial reconstruction technique; we construct two kind of novel HWENO reconstructions to fit the need for the proposed SL framework. Abundant benchmark tests are performed to verify the effectiveness of the proposed SL HWENO schemes.


翻译:我们提出了第四顺序保守的不分割半Lagrangian半Lagrangian(SL)Hermite(HWENO)线性运输方程式(HWENO)计划,其应用为非线性问题,包括Vlasov-Poisson系统、指导中心Vlasov模型和园艺流功能配制中不可压缩的Euler方程式。拟议的SL HWENO计划将Galerkin特性的微弱配方与两个新建的HWENO重建方法结合起来。第四级精确度在不分割的环境中在空间和时间上都得以实现。由于Galerkin特性方法的拟订和HWENO重建的设计薄弱,大规模养护自然搁置。我们应用了一种积极的保留限制,以在必要时维持数字解决方案的假设性。虽然拟议的SLL框架允许我们采取大量时间步骤提高计算效率,但也给空间重建技术带来了挑战。我们为拟议的SLNO框架的需要而设计了两种新型的HWENO重建方法。

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