Boundary integral methods are attractive for solving homogeneous linear constant coefficient elliptic partial differential equations on complex geometries, since they can offer accurate solutions with a computational cost that is linear or close to linear in the number of discretization points on the boundary of the domain. However, these numerical methods are not straightforward to apply to time-dependent equations, which often arise in science and engineering. We address this problem with an integral equation-based solver for the advection-diffusion equation on moving and deforming geometries in two space dimensions. In this method, an adaptive high-order accurate time-stepping scheme based on semi-implicit spectral deferred correction is applied. One time-step then involves solving a sequence of non-homogeneous modified Helmholtz equations, a method known as elliptic marching. Our solution methodology utilizes several recently developed methods, including special purpose quadrature, a function extension technique and a spectral Ewald method for the modified Helmholtz kernel. Special care is also taken to handle the time-dependent geometries. The numerical method is tested through several numerical examples to demonstrate robustness, flexibility and accuracy


翻译:边界一体化方法对于解决对复杂地貌的单一线性常数常数椭圆形部分差异方程式具有吸引力,因为可以提供精确的解决方案,计算成本为线性或接近于线性,在域边界的离散点数点数中,这些数字方法并非直接适用于科学和工程中经常出现的时间性方程式。我们用一个基于方程式的综合求解器来解决这个问题,用于两个空间维度移动和变形的对映式-变形方程式。在这种方法中,采用一个基于半隐含光谱延迟校正的适应性高阶准确时间步骤方案。一个时间步骤则涉及解决非同源性修改的赫尔默尔茨方程式序列,这种方法被称为椭圆形进化法。我们的方法使用最近开发的几种方法,包括特殊目的的四方形、功能扩展技术和经修改的赫尔默茨内核的光谱 Ewald 方法。还特别注意处理依赖时间性的地球结构。一个时间性步骤是通过几个数字示例来测试数字灵活性。

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