We develop a new second-order unstaggered path-conservative central-upwind (PCCU) scheme for ideal and shallow water magnetohydrodynamics (MHD) equations. The new scheme possesses several important properties: it locally preserves the divergence-free constraint, it does not rely on any (approximate) Riemann problem solver, and it robustly produces high-resolution and non-oscillatory results. The derivation of the scheme is based on the Godunov-Powell nonconservative modifications of the studied MHD systems. The local divergence-free property is enforced by augmenting the modified systems with the evolution equations for the corresponding derivatives of the magnetic field components. These derivatives are then used to design a special piecewise linear reconstruction of the magnetic field, which guarantees a non-oscillatory nature of the resulting scheme. In addition, the proposed PCCU discretization accounts for the jump of the nonconservative product terms across cell interfaces, thereby ensuring stability. We test the proposed PCCU scheme on several benchmarks for both ideal and shallow water MHD systems. The obtained numerical results illustrate the performance of the new scheme, its robustness, and its ability not only to achieve high resolution, but also preserve the positivity of computed quantities such as density, pressure, and water depth.


翻译:我们为理想和浅水磁流动力学(MHD)方程式制定了新的二级不交错的路径保守中上风(PCCU)计划。新计划具有若干重要特性:它在当地维护了无差异限制,不依赖任何(近似)Riemann问题解答器,它强有力地产生了高分辨率和非螺旋性结果。这个计划的衍生基于Godunov-Powell对所研究的MHD系统的非保守性修改。通过对磁场组成部分的相应衍生物的进化方程式来强化经过修改的系统,使地方无差异地产得以实施。这些衍生物随后被用来设计磁场的特别的条形线性重建,保证由此产生的计划具有非系统性质。此外,拟议的PCCU离散账户是跨细胞界面跳跃的非保守性产品条件的,从而确保稳定性。我们测试了拟议的PCCU计划,它针对理想和浅水MHD系统的若干基准,但都是无差异的。获得的数字结果表明磁场外线性重建了磁场的特殊性,也表明其高分辨率,只是其高密度和高密度,并实现了新的水平。

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