In this paper, we construct a novel Eulerian-Lagrangian finite volume (ELFV) method for nonlinear scalar hyperbolic equations in one space dimension. It is well known that the exact solutions to such problems may contain shocks though the initial conditions are smooth, and direct numerical methods may suffer from restricted time step sizes. To relieve the restriction, we propose an ELFV method, where the space-time domain was separated by the partition lines originated from the cell interfaces whose slopes are obtained following the Rakine-Hugoniot junmp condition. Unfortunately, to avoid the intersection of the partition lines, the time step sizes are still limited. To fix this gap, we detect effective troubled cells (ETCs) and carefully design the influence region of each ETC, within which the partitioned space-time regions are merged together to form a new one. Then with the new partition of the space-time domain, we theoretically prove that the proposed first-order scheme with Euler forward time discretization is total-variation-diminishing and maximum-principle-preserving with {at least twice} larger time step constraints than the classical first order Eulerian method for Burgers' equation. Numerical experiments verify the optimality of the designed time step sizes.
翻译:在本文中,我们为一个空间维度的非线性卡路里双曲方程构建了新型的Eulirian-Lagrangian 有限体积(ELFV) 方法。 众所周知, 这些问题的确切解决方案可能包含冲击, 尽管初始条件是平滑的, 直接数字方法可能受到时间步数限制。 为了缓解限制, 我们提议了一个 ELFV 方法, 空间- 时间域由分隔线分隔线隔开, 该分隔线的斜坡是在Rakine- Hugoniot 交点条件之后获得的。 不幸的是, 为了避免分区线的交叉, 时间步数仍然有限。 为了弥补这一差距, 我们发现有效的麻烦细胞(ETCs) 并仔细设计每个 ETC 的影响力区域, 分隔空间时段区域将合并成一个新的区域。 之后, 我们从理论上证明, 与 Euler 前时间分解的首级方案是完全变形和最大原则- 保留时间步数, 与 最慢的 最优级级级的 度 度 度 度 度 度 度 等距 度 度 等距, 比 最优级 最优级 级 级 最 级 最 级 最 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 比 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 比 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级 级