1. The Neumann numerical boundary condition for transport equations
- Author
-
Frédéric Lagoutière, Jean-François Coulombel, Institut de Mathématiques de Toulouse UMR5219 (IMT), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Modélisation mathématique, calcul scientifique (MMCS), Institut Camille Jordan [Villeurbanne] (ICJ), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-13-BS01-0009,BoND,Frontières, numérique, dispersion.(2013), ANR-17-CE40-0025,Nabuco,Frontières numériques et couplages(2017), Institut de Mathématiques de Toulouse UMR5219 ( IMT ), Université Toulouse 1 Capitole ( UT1 ) -Université Toulouse - Jean Jaurès ( UT2J ) -Université Toulouse III - Paul Sabatier ( UPS ), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-PRES Université de Toulouse-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Institut Camille Jordan [Villeurbanne] ( ICJ ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Jean Monnet [Saint-Étienne] ( UJM ) -École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon, ANR-13-BS01-0009,BoND,Frontières, numérique, dispersion. ( 2013 ), ANR-17-CE40-0025,NABUCO,NumericAl BoUndaries and COupling, Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Camille Jordan (ICJ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), and Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Subjects
Discretization ,Type (model theory) ,01 natural sciences ,Stability (probability) ,010305 fluids & plasmas ,Mathematics - Analysis of PDEs ,[ MATH.MATH-AP ] Mathematics [math]/Analysis of PDEs [math.AP] ,Normal mode ,numerical schemes ,0103 physical sciences ,Convergence (routing) ,Neumann boundary condition ,[MATH.MATH-AP]Mathematics [math]/Analysis of PDEs [math.AP] ,Boundary value problem ,0101 mathematics ,Mathematics ,Numerical Analysis ,convergence ,Mathematical analysis ,transport equations ,[ MATH.MATH-NA ] Mathematics [math]/Numerical Analysis [math.NA] ,stability ,010101 applied mathematics ,Modeling and Simulation ,Outflow boundary ,AMS classification: 65M12, 65M06, 65M20 ,[MATH.MATH-NA]Mathematics [math]/Numerical Analysis [math.NA] - Abstract
In this article, we show that prescribing homogeneous Neumann type numerical boundary conditions at an outflow boundary yields a convergent discretization in \begin{document}$ \ell^\infty $\end{document} for transport equations. We show in particular that the Neumann numerical boundary condition is a stable, local, and absorbing numerical boundary condition for discretized transport equations. Our main result is proved for explicit two time level numerical approximations of transport operators with arbitrarily wide stencils. The proof is based on the energy method and bypasses any normal mode analysis.
- Published
- 2020