In this paper, we first propose and analyze a novel mixed-type DG method for the coupled Stokes-Darcy problem on simplicial meshes. The proposed formulation is locally conservative. A mixed-type DG method in conjunction with the stress-velocity formulation is employed for the Stokes equations, where the symmetry of stress is strongly imposed. The staggered DG method is exploited to discretize the Darcy equations. As such, the discrete formulation can be easily adapted to account for the Beavers-Joseph-Saffman interface conditions without introducing additional variables. Importantly, the continuity of normal velocity is satisfied exactly at the discrete level. A rigorous convergence analysis is performed for all the variables. Then we devise and analyze a domain decomposition method via the use of Robin-type interface boundary conditions, which allows us to solve the Stokes subproblem and the Darcy subproblem sequentially with low computational costs. The convergence of the proposed iterative method is analyzed rigorously. In particular, the proposed iterative method also works for very small viscosity coefficient. Finally, several numerical experiments are carried out to demonstrate the capabilities and accuracy of the novel mixed-type scheme, and the convergence of the domain decomposition method.


翻译:在本文中, 我们首先提出并分析一种新型混合式的DG方法, 用于模拟 meshes 的Stokes- Darcy 组合问题。 拟议的配方是本地保守的。 一种混合型DG方法, 结合压力- 速度配方, 用于斯托克斯 方程式, 对压力进行强烈的对称。 错开的DG方法用于将达西方程式分解。 因此, 离散配方可以很容易地调整为 Beavers- Joseph- Saffman 界面条件的核算, 而不引入额外的变量。 重要的是, 正常速度的连续性完全在离散级别上得到满足。 对所有变量都进行了严格的趋同分析。 然后, 我们设计并分析了一种域分解方法, 通过使用Robin- 类型的界面边界条件, 使我们用低的计算成本解决斯托克斯 子问题和 Darcy 子问题。 对提议的迭代方法的趋同进行了严格的分析。 特别是, 拟议的迭代方法方法在非常小的相对可变系数上也起作用。 。 最后, 几个数字式的组合式的组合式的组合式实验, 以显示新版域的精确性 。

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