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一类非线性Poisson-Nernst-Planck方程的边平均有限元计算

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针对一类非线性Poisson-Nernst-Planck数学模型,为提高数值求解效率并保证数值求解稳定性,推导了边平均有限元离散格式,并给出了数值求解的耦合迭代算法.在对网格进行一些适当假设的情况下,边平均有限元离散格式的刚度矩阵是一个M-阵,数值求解比标准有限元方法更稳定.数值结果表明,边平均有限元方法的L2模误差收敛阶达到最优阶,且在自由度相同情况下,边平均有限元方法所用CPU时间大约是标准有限元方法的1/3.
An edge-averaged finite element calculation for a class of nonlinear Poisson-Nernst-Planck equations
For a nonlinear Poisson-Nernst-Planck mathematical model,in order to improve the stability and efficiency of numerical solution process,the edge-averaged finite element discretization scheme is derived,and a coupled iterative algorithm for numerical solution is given.Under some mild assumptions,the stiffness matrix of edge-averaged finite element discrete scheme is an M-matrix,and the numerical solution is more stable than the standard finite element method.The numerical results show that the L2 norm error convergence order of the edge-averaged finite element method is optimal,and the CPU time of the edge-averaged finite element method is about one third of that of the standard finite element method under the same degrees of freedom.

nonlinear Poisson-Nernst-Planck equationsedge-averaged finite element methodstandard finite element method

卢晓婷、阳莺

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桂林电子科技大学数学与计算科学学院,广西桂林 541004

非线性Poisson-Nernst-Planck方程 边平均有限元方法 标准有限元方法

国家自然科学基金广西自然科学基金广西科技项目

121610262020GXNSFAA159098桂科23023002

2024

桂林电子科技大学学报
桂林电子科技大学

桂林电子科技大学学报

影响因子:0.247
ISSN:1673-808X
年,卷(期):2024.44(1)