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  5. The Matrix‐Free Macro‐Element Hybridized Discontinuous Galerkin Method for Steady and Unsteady Compressible Flows
 
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2024
Zweitveröffentlichung
Artikel
Verlagsversion

The Matrix‐Free Macro‐Element Hybridized Discontinuous Galerkin Method for Steady and Unsteady Compressible Flows

File(s)
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Hauptpublikation
FLD_FLD5357.pdf
CC BY 4.0 International
Format: Adobe PDF
Size: 4.24 MB
TUDa URI
tuda/13705
URN
urn:nbn:de:tuda-tuprints-299394
DOI
10.26083/tuprints-00029939
Autor:innen
Badrkhani, Vahid ORCID 0009-0006-8765-1712
ten Eikelder, Marco F. P.
Hiemstra, René R.
Schillinger, Dominik ORCID 0000-0002-9068-6311
Kurzbeschreibung (Abstract)

The macro‐element variant of the hybridized discontinuous Galerkin (HDG) method combines advantages of continuous and discontinuous finite element discretization. In this paper, we investigate the performance of the macro‐element HDG method for the analysis of compressible flow problems at moderate Reynolds numbers. To efficiently handle the corresponding large systems of equations, we explore several strategies at the solver level. On the one hand, we utilize a second‐layer static condensation approach that reduces the size of the local system matrix in each macro‐element and hence the factorization time of the local solver. On the other hand, we employ a multi‐level preconditioner based on the FGMRES solver for the global system that integrates well within a matrix‐free implementation. In addition, we integrate a standard diagonally implicit Runge–Kutta scheme for time integration. We test the matrix‐free macro‐element HDG method for compressible flow benchmarks, including Couette flow, flow past a sphere, and the Taylor–Green vortex. Our results show that unlike standard HDG, the macro‐element HDG method can operate efficiently for moderate polynomial degrees, as the local computational load can be flexibly increased via mesh refinement within a macro‐element. Our results also show that due to the balance of local and global operations, the reduction in degrees of freedom, and the reduction of the global problem size and the number of iterations for its solution, the macro‐element HDG method can be a competitive option for the analysis of compressible flow problems.

Freie Schlagworte

compressible flows

hybridized discontinu...

iterative solvers

macro‐elements

matrix‐free

second‐layer static c...

Sprache
Englisch
Fachbereich/-gebiet
13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften > Fachgebiete der Mechanik > Fachgebiet Numerische Mechanik
DDC
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 510 Mathematik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Institution
Universitäts- und Landesbibliothek Darmstadt
Ort
Darmstadt
Titel der Zeitschrift / Schriftenreihe
International Journal for Numerical Methods in Fluids
Startseite
462
Endseite
483
Jahrgang der Zeitschrift
97
Heftnummer der Zeitschrift
4
ISSN
1097-0363
Verlag
John Wiley & Sons
Ort der Erstveröffentlichung
Chichester
Publikationsjahr der Erstveröffentlichung
2024
Verlags-DOI
10.1002/fld.5357
PPN
533102847

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