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Lohmann | Discretely Divergence-Free Q2-P1 Finite Elements for Incompressible Flow Problems | Buch | 978-3-658-52545-3 | www.sack.de

Buch, Englisch, 127 Seiten, Format (B × H): 148 mm x 210 mm

Lohmann

Discretely Divergence-Free Q2-P1 Finite Elements for Incompressible Flow Problems

A Geometric Multigrid Approach for Solving the Three-Dimensional Navier-Stokes Equations
Erscheinungsjahr 2026
ISBN: 978-3-658-52545-3
Verlag: Springer

A Geometric Multigrid Approach for Solving the Three-Dimensional Navier-Stokes Equations

Buch, Englisch, 127 Seiten, Format (B × H): 148 mm x 210 mm

ISBN: 978-3-658-52545-3
Verlag: Springer


Discretely divergence-free finite elements are characterized by vector-valued shape functions that satisfy the discrete incompressibility condition in an a priori manner. When applied to the incompressible Navier-Stokes equations, this approach yields a problem defined solely for the velocity field, thereby avoiding the typical saddle-point structure of mixed formulations. Consequently, iterative solvers do not require adaptation to a zero block and highly efficient solution strategies become available.
In this book, Christoph Lohmann exploits this concept to develop a geometric multigrid solver for three-dimensional flow problems. The proposed method achieves a mesh-independent convergence behavior under standard assumptions, while its performance is validated in several linear and nonlinear test cases. Numerical examples demonstrate the necessity of using so called `global' finite element functions to accurately predict the flow behavior through geometries with multiple connected branches. These functions can be implicitly incorporated into the proposed multigrid framework using suitable filtering techniques.

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Zielgruppe


Research


Autoren/Hrsg.


Weitere Infos & Material


Introduction.- Discretely divergence-free Q2-P1 finite elements.- Application to Stokes problem.- Multigrid solution strategy.- Numerical experiments.- Conclusions.- Rannacher-Turek finite elements.- Weakly imposed boundary conditions.- Generating system.


Christoph Lohmann is a postdoctoral researcher in the Department of Mathematics at TU Dortmund University. His research interests include finite element methods satisfying discrete maximum principles, parallel-in-time methods, and efficient solvers for incompressible flow problems.



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