The quadrature-based method of moments (QMOM) offers a promising class of approximation techniques for reducing kinetic equations to fluid equations that are valid beyond thermodynamic equilibrium. In this work, we study a particular five-moment variant of QMOM known as HyQMOM and establish that this system is moment-invertible over a convex region in solution space. We then develop a high-order discontinuous Galerkin (DG) scheme for solving the resulting fluid system. The scheme is based on a predictor-corrector approach, where the prediction is a localized space-time DG scheme. The nonlinear algebraic system in this prediction is solved using a Picard iteration. The correction is a straightforward explicit update based on the time-integral of the evolution equation, where the space-time prediction replaces all instances of the exact solution. In the absence of limiters, the high-order scheme does not guarantee that solutions remain in the convex set over which HyQMOM is moment-realizable. To overcome this, we introduce novel limiters that rigorously guarantee that the computed solution does not leave the convex set of realizable solutions, thus guaranteeing the hyperbolicity of the system. We develop positivity-preserving limiters in both the prediction and correction steps and an oscillation limiter that damps unphysical oscillations near shocks. We also develop a novel extension of this scheme to include a BGK collision operator; the proposed method is shown to be asymptotic-preserving in the high-collision limit. The HyQMOM and the HyQMOM-BGK solvers are verified on several test cases, demonstrating high-order accuracy on smooth problems and shock-capturing capability on problems with shocks. The asymptotic-preserving property of the HyQMOM-BGK solver is also numerically verified.


翻译:以二次曲线为基础的瞬时法( QMOM) 提供了一种有希望的近似技术, 用于将动向方程减到流体方程式, 其效果超过热力平衡。 在此工作中, 我们研究QMOM的五步变方程式, 称为 HyQMOM, 并证实这个系统在溶解空间的 convex 区域是瞬间不可视的。 然后我们开发了一个高分不连续的 Galerkin (DG) 方案, 以解决由此产生的流体系统。 这个方案基于预测的预测- 校正法方法, 其预测是一种局部的时时空时空时空DG- 。 这个预测系统的非线性代数位变方程系统使用 Picarderation 解析法解析解析。 空间预测取代所有精确解析方法。 在没有限制的情况下, 高调机制无法保证解决方案与新定的变现。 为了克服这个错误, 我们引入了新的限制, 精确的测算方法也无法让预测测的系统 。

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