Unbeabsichtigter Verlust oder künstlicher Fluss von Erhaltungsgrößen (Masse, Energie, Impuls, Wahrscheinlichkeit etc.) über eine nominale Grenze in einer Simulation oder einem diskretisierten Modell, verursacht durch Diskretisierungsfehler, inkonsistente Kopplung, Ghost-Cell-Behandlungen oder fehlerhafte numerische Flüsse.

Prinzip

Wenn diskrete Flüsse, Kopplungsoperatoren oder Randbehandlungen Erhaltungsgesetze nicht exakt ausgleichen oder zwischen Subdomänen/Komponenten nicht übereinstimmen, können Erhaltungsgrößen durch die vorgesehene Grenze auslaufen, was zu nichtphysikalischem Gewinn oder Verlust in einer Region und zur Verletzung der globalen Erhaltung führt.

Demonstration

In einem Finite-Volume-Solver führt ein falsch berechneter numerischer Fluss an der Domain-Grenze oder zwischen gekoppelten Netzen dazu, dass netto Masse das Rechengebiet verlässt. In gekoppelten Mehrphysik-Simulationen kann inkonsistente Extrapolation von Variablen zwischen Lösern spuriösen Energietransport über die Schnittstelle erzeugen.

Fehlanwendung

Kleine globale Erhaltungsfehler der Modellphysik zuzuschreiben statt einer spuriösen Randleckage, oder die Leckage durch Hinzufügen künstlicher Senken/Quellen im Inneren zu beheben anstatt die Randbehandlung zu korrigieren, wodurch die Fehlerquelle verschleiert und verstärkt wird.

Konsequenz

Anhäufende Leckage führt zu verzerrten Erhaltungsdiagnosen, verschlechterter Genauigkeit und möglicherweise zu eskalierenden Fehlern in Langzeitsimulationen; gekoppelte Systeme können künstliche Angleichungen zwischen Subdomänen zeigen und zu ungültigen physikalischen Schlussfolgerungen führen.

Umkehrung

Konservative Diskretisierungen und flusskonsistente Randformulierungen sicherstellen, Interdomänenkompatibilität durchsetzen (konservatives Kopplung, Flussabgleich), konsistente Ghost-Cell- oder Penalty-Formulierungen verwenden und Bilanzprüfungen sowie lokale Erhaltungsreparaturen an Schnittstellen durchführen statt globaler ad-hoc-Korrekturen.

Abgrenzung

Betrifft speziell unbeabsichtigte grenzüberschreitende Transfers in diskreten/Computerkontexten; schließt beabsichtigte physikalische Randflüsse des kontinuierlichen Modells sowie interne numerische Diffusion, die keinen Netto-Grenztransfer produziert, aus.

Semantische Spannung

Nahe am Randartefakt, aber zu unterscheiden: Leckage bezeichnet einen tatsächlichen (numerischen) Transfer über die Grenze mit Auswirkungen auf globale Bilanzen, während ein Artefakt ein lokalisiertes nichtphysikalisches Merkmal ohne Nettofluss ist. Überschneidungen bestehen auch mit Modellierungsfehlern offener Ränder, die absichtlich Fluss erlauben.

Synthese

Randleckage ist der unbeabsichtigte numerische Transfer von Erhaltungsgrößen über eine Rechengrenze verursacht durch inkonsistente oder nicht-konservative Behandlungen; sie wird durch Verletzung globaler Bilanzen erkannt und durch die Durchsetzung konservativer, kompatibler Schnittstellenflüsse behoben.