In this work we present a class of high order unconditionally strong stability preserving (SSP) implicit multi-derivative Runge--Kutta schemes, and SSP implicit-explicit (IMEX) multi-derivative Runge--Kutta schemes where the time-step restriction is independent of the stiff term. The unconditional SSP property for a method of order $p>2$ is unique among SSP methods, and depends on a backward-in-time assumption on the derivative of the operator. We show that this backward derivative condition is satisfied in many relevant cases where SSP IMEX schemes are desired. We devise unconditionally SSP implicit Runge--Kutta schemes of order up to $p=4$, and IMEX Runge--Kutta schemes of order up to $p=3$. For the multi-derivative IMEX schemes, we also derive and present the order conditions, which have not appeared previously. The unconditional SSP condition ensures that these methods are positivity preserving, and we present sufficient conditions under which such methods are also asymptotic preserving when applied to a range of problems, including a hyperbolic relaxation system, the Broadwell model, and the Bhatnagar-Gross-Krook (BGK) kinetic equation. We present numerical results to support the theoretical results, on a variety of problems.


翻译:在这项工作中,我们提出了一个高度秩序的类别,无条件维持(SSP)隐含的多衍生龙格-库塔计划,以及SSP(IMEX)隐含的(IMEX)隐含的(Runge-库塔(IMEX)计划,其时间限制不受硬性术语的限制。对于多衍生的墨西哥(P>2美元)计划而言,无条件的SSP财产是独一无二的,并且取决于对运营商衍生物的后向时间假设。我们表明,在SSP IMEX计划所希望的许多相关案例中,这种后向衍生产物条件已经得到满足。我们设计了SSP(IMEX)隐含的龙格-库塔(IMEX)隐含的(Runge-库塔(IMex-Kutta)计划,其时间限制是不受硬性术语限制的。对于多衍生的订单方法来说,P>2美元是独特的,并且取决于操作者的衍生物。我们无条件的SSP条件确保这些方法是真实性的,我们提出了足够的条件,在SSP(我们提出的)这些方法在对一系列问题的模型应用时,包括超级K-K-B方程式结果,我们目前对高基平方程式的结果,我们提出了充分的系统。

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