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Numerical study of the Serre-Green-Naghdi equations and a fully dispersive counterpart

Authors :
Vincent Duchêne
Christian Klein
Institut de Recherche Mathématique de Rennes (IRMAR)
AGROCAMPUS OUEST
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes 2 (UR2)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Mathématiques de Bourgogne [Dijon] (IMB)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Franche-Comté (UFC)
Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université de Bourgogne (UB)
Institut Universitaire de France (IUF)
Ministère de l'Education nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche (M.E.N.E.S.R.)
ANR-17-CE40-0035,ANuI,Approches analytiques, numériques et des systèmes intégrables pour les équations aux dérivées partielles dispersives nonlinéaires(2017)
ANR-17-EURE-0002,EIPHI,Ingénierie et Innovation par les sciences physiques, les savoir-faire technologiques et l'interdisciplinarité(2017)
European Project: 778010,IPaDEGAN
Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Université de Rennes 2 (UR2)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-INSTITUT AGRO Agrocampus Ouest
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)
Université de Bourgogne (UB)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
French National Research Agency (ANR)ANuI -ANR-17-CE40-0035isite BFC project NAANoDEIPHI Graduate SchoolANR-17-EURE-0002European Commission778010
ANR-11-LABX-0020,LEBESGUE,Centre de Mathématiques Henri Lebesgue : fondements, interactions, applications et Formation(2011)
Source :
Discrete and Continuous Dynamical Systems-Series B, Discrete and Continuous Dynamical Systems-Series B, American Institute of Mathematical Sciences, In press, Discrete and Continuous Dynamical Systems-Series B, 2022, 27 (10), pp.5905-5933. ⟨10.3934/dcdsb.2021300⟩, Discrete and Continuous Dynamical Systems-Series B, American Institute of Mathematical Sciences, In press, ⟨10.3934/dcdsb.2021300⟩
Publication Year :
2022
Publisher :
American Institute of Mathematical Sciences (AIMS), 2022.

Abstract

We perform numerical experiments on the Serre-Green-Naghdi (SGN) equations and a fully dispersive "Whitham-Green-Naghdi" (WGN) counterpart in dimension 1. In particular, solitary wave solutions of the WGN equations are constructed and their stability, along with the explicit ones of the SGN equations, is studied. Additionally, the emergence of modulated oscillations and the possibility of a blow-up of solutions in various situations is investigated. We argue that a simple numerical scheme based on a Fourier spectral method combined with the Krylov subspace iterative technique GMRES to address the elliptic problem and a fourth order explicit Runge-Kutta scheme in time allows to address efficiently even computationally challenging problems.<br />To appear in DCDS-B. Figures are reproducible using the Julia package WaterWaves1D at https://github.com/WaterWavesModels/

Details

ISSN :
1553524X and 15313492
Volume :
27
Database :
OpenAIRE
Journal :
Discrete and Continuous Dynamical Systems - B
Accession number :
edsair.doi.dedup.....f1ea4535a5e5d90d199bbeba677d43b1
Full Text :
https://doi.org/10.3934/dcdsb.2021300