Study of properties of a finite-difference scheme for the advection stage implementation in the lattice Boltzmann method

Исследуется конечно-разностная однопараметрическая схема для решения системы уравнений переноса, возникающей при применении метода расщепления по физическим процессам к задачам для системы кинетических уравнений. Исследование устойчивости проводится с помощью метода Неймана, построена область устойчивости на плоскости "параметр схемы-число Куранта". Показано, что за счет выбора параметра можно влиять на дисперсионные и диссипативные свойства схемы. Реализован подход к выбору оптимального параметра, основанный на оптимизации дисперсионных и диссипативных поверхностей. Эффективность схемы при оптимальном значении параметра показана при численном решении задач о течении в каверне и о волнах сдвига в вязкой жидкости. A finite-difference single-parameter scheme for solving the system of advection equations arising in the application of the method of splitting into physical processes to a system of kinetic equations is studied. The stability analysis is performed using the Neumann method. A stability domain in the "scheme's parameter-Courant number" plane is constructed. It is shown that an appropriate choice of this parameter allows one to regulate the dispersive and dissipative properties of the scheme. An approach of choosing the optimal parameter is proposed on the basis of an optimization of dispersive and dissipative surfaces. An efficiency of the scheme with the optimal parameter is illustrated by the numerical solution of the cavity flow problem and the problem on the propagation of shear waves in viscous fluid.