A compact ADI finite difference method for 2D reaction–diffusion equations with variable diffusion coefficients

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作者
Mingyu He,Wenyuan Liao
出处
期刊:Journal of Computational and Applied Mathematics [Elsevier]
卷期号:: 115400-115400
标识
DOI:10.1016/j.cam.2023.115400
摘要

Reaction–diffusion systems on a spatially heterogeneous domain have been widely used to model various biological applications. However, solving such partial differential equations (PDEs) analytically is rarely possible. Therefore, efficient and accurate numerical methods for solving such PDEs are desired. In this paper, we apply the well-known Padé approximation-based operator splitting techniques and develop a fourth-order compact alternative directional implicit (ADI) scheme. The new scheme is compact and fourth-order accurate in space. Combined with the Richardson extrapolation, the method can be improved to fourth-order accuracy in time. Stability analysis shows that the method is unconditionally stable; thus, a large time step can be used to improve the overall computational efficiency. Numerical examples have also demonstrated the new scheme’s high efficiency and high order accuracy.

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