一类Navier-Stokes方程组的弱解

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流体力学方程组Navier-stokes方程组精确解

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流体力学方程组Navier-stokes方程组精确解NS-MHD方程精确解1 (2)2, (3)3, (4)4, (4)5, (5)6, (6)7, (8)8, (8)9, (9)10 (10)11 (10)12, (11)13 (12)14 (12)15 (13)16 ................................................................................................................. ................. 错误!未定义书签。

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具外力可压Navier-Stokes方程弱解的稳定性

具外力可压Navier-Stokes方程弱解的稳定性

具外力可压Navier-Stokes方程弱解的稳定性最近,在有关浅水波动力学行为的渐进分析研究中,推导出一类粘性系数依赖于密度的可压Navier-Stokes方程[7]。

粘性系数依赖于密度的可压Navier-Stokes方程也可以从Boltzmann方程的流体动力学渐近逼近(和等熵假定)中推导出来[3]。

有关粘性依赖于密度Navier-Stokes方程的数学研究近年来受到了广泛的重视,因为人们普遍认为当真空出现时,特别是在真空边界附近,可压Navier-Stokes方程的解的行为十分复杂。

这一点已经被有关的研究所证实(详细讨论参见第一章引言)。

本文考虑粘性系数依赖于密度的可压Naiver-Stokes方程在有外力作用时的高维周期区域T<sup>N</sup>,2≤N≤3,(为方便起见下面我们记Ω=T<sup>N</sup>)上的初值问题(?)<sub>t</sub>p+▽·(pu)=0,(0.1)(?)<sub>t</sub>(pu)+▽·(pu(?)u)+▽p<sup>γ</sup>-▽·(p▽u)-p▽φ=0,(0.2)p|t=0=p<sub>0</sub>,pu|t=0=m<sub>0</sub>,(0.3)其中γ>1,并且初值满足其中C>0是常数,以及存在δ>0充分小,使得当γ∈(1,3),φ∈L2γ/γ-1(0,T;W<sup>1,2γ/γ-1</sup>(Ω))∩L<sup>1</sup>(0,T;W<sup>1,p</sup>(Ω)),p>3时,我们证明了初值问题(0.1)-(0.3)弱解的稳定性。

该结果改进了以往的要求γ>N/2的有关结果(参见著作[2]及其参考文献),并将[1]的结果推广到具有外力的情形。

一维不可压缩navier_stokes方程_理论说明

一维不可压缩navier_stokes方程_理论说明

一维不可压缩navier stokes方程理论说明1. 引言1.1 概述本文将讨论一维不可压缩Navier-Stokes方程的理论说明。

Navier-Stokes方程是描述流体运动的基本方程之一,其在各个领域都具有重要应用价值。

本文将从介绍Navier-Stokes方程的基本概念开始,逐步展开对一维流动特征和不可压缩流体模型假设的理论说明。

1.2 文章结构文章分为五个主要部分:引言、一维不可压缩Navier-Stokes方程理论说明、理论推导和分析、数值方法和模拟研究以及结论与展望。

其中,引言部分将概述文章的目标和结构,提供读者对整篇文章内容的预览。

1.3 目的本文旨在深入探讨一维不可压缩Navier-Stokes方程,并通过理论推导和数值模拟研究解析该方程对流体运动行为的描述能力。

通过阐明不同数值方法在求解此类方程时的差异和优劣,我们可以更好地了解该方程在实践中的应用,并为进一步研究提供展望。

以上是关于引言部分的详细内容,请根据需要进行修改或补充。

2. 一维不可压缩Navier Stokes方程理论说明2.1 Navier Stokes方程简介Navier Stokes方程是描述流体运动的基本方程之一,它由质量守恒和动量守恒两个方程组成。

同时考虑流体的黏性和压力力作用,Navier Stokes方程能够准确描述流体在各种复杂情况下的运动。

2.2 一维流动特征描述在一维流动中,流体只在一个空间方向上(通常为x轴)有速度分量变化,而在其余两个空间方向上(通常为y轴和z轴)没有速度分量变化。

这样简化后的一维问题可以更容易地推导出Navier Stokes方程的解析解,并且提供了更直观的物理图像。

2.3 不可压缩流体模型假设不可压缩流体是指在任何情况下密度保持不变,即密度是常数。

这个假设适用于许多情况下,例如液体的非常小压缩性以及稳态条件下气体的高马赫数等。

通过这个假设,我们可以将Navier Stokes方程进一步简化为不含密度项的形式,并且使问题更具可行性。

Navier-Stokes方程的解

Navier-Stokes方程的解
dx dy 2
常数
有 积分,得
d
du dy


1

dp dx
dy
du dy

1

dp dx
y
C1
u

1
2
dp dx
y2
C1 y
C2
6.1.1 Couette (库埃特)剪切流
由边界条件y=0,u=0,得C2=0 y=h,C1 u=uh U,21 得ddpx h
因此
6.1 平行流动
不可压缩流体的平行流动是最简单的一
类流动,它只有一个不为零的速度分量,所有流
体质点都沿同一个方向运动。在直角坐标系中,
如果把流体运动方向取作x轴,那么,由连续性方
程得
ux 0 x
即:运动速度u与坐标轴x无关,
ux u u( y, z,t)
uy 0 uz 0
6.1 平行流动
uy
u z y
uz
u z z
1

p z



2uz x 2
2uz y 2
2uz z 2

得到
p p 0 y z
6.1 平行流动
可见,压强与坐标轴y、z无关,只是坐 标轴x的函数
dp p dx x
将上述式子代入N-S方程的x方向项,得
6 Navier-Stokes方程的解
Navier-Stokes 方 程 的 精 确 解 仅 限 于层流问题,湍流问题不可能有精确解。
6.1 平行流动
(一)、定常流动
1、平行直线流动
两平行平板间流动 (1)Couette流动,运动平板通过粘性拖曳 (2)Poiseuille流动,压力梯度推动 充分发展的管道流动 (1)圆管(Hagen-Poiseuille流) (2)椭圆管、矩形管、同心环空、偏心环空 2、平行圆周流动 两同轴旋转圆柱体间流动 (二)、非定常流动(两平行平板间,平行直线流动) 1、底部平板突然起动——突然起动平板STOKES第一问题 2、底部平板简谐振动——振动平板STOKES第二问题

一类修正Navier-Stokes方程解衰减速率的上下界估计

一类修正Navier-Stokes方程解衰减速率的上下界估计

一类修正Navier-Stokes方程解衰减速率的上下界估计吴珞【摘要】Navier-Stokes方程描述了具有小速度梯度的不可压缩粘性流体运动规律,在流体动力学研究中有着重要的应用.1966年,Ladyzhenskaya O. A. 放弃了速度梯度很小的限制,提出了几种描述不可压缩粘性流体运动规律的修正Navier-Stokes方程.为估计整个三维空间上一类修正Navier-Stokes方程解衰减速率的上下界,使用改进的Fourier分解方法得到当初值u0∈Lp(1≤p<2)时,解的L2模衰减速率上界为(t+1)-3/2(1/p-1/2);对某些初值u0∈Lp(1≤p<9/7)时,解的L2模衰减速率下界为(t+1)-3/4.【期刊名称】《上海第二工业大学学报》【年(卷),期】2010(027)003【总页数】5页(P173-177)【关键词】修正Navier-Stokes;大时间行为;衰减率;上界;下界【作者】吴珞【作者单位】上海第二工业大学理学院,上海,201209【正文语种】中文【中图分类】O175.2文献[1]和[2]独立研究了不可压缩粘性流体运动规律,提出了描述速度梯度较小的流体运动规律的经典Navier-Stokes方程。

1966年,文献[3]和[4]放弃了流体速度梯度较小的限制,给出了几种修正Navier-Stokes方程,其中之一形式如下的修正Navier-Stokes方程问题。

当初值满足一定条件,n≤3时,该问题存在整体唯一解[5-8]。

文献[9]首先提出了经典Navier-Stokes方程解的衰减估计问题。

文献[10]讨论了小初值解的衰减估计问题。

1985年和1986年,文献[11-13]利用Fourier分解方法给出整个空间经典Navier-Stokes方程解的衰减估计,证明当初始值u∈L2∩Lq(1≤q <2)时,解的L2模,并且给出了解的衰减下界估计。

1991年,文献[14]讨论了带权空间上解的衰减下界估计。

带外力的具有一般粘性系数和压力的球面对称navier-stokes方程组弱解的唯一性

带外力的具有一般粘性系数和压力的球面对称navier-stokes方程组弱解的唯一性

带外力的具有一般粘性系数和压力的球面对称navier-stokes方程组弱解的唯一性
带外力的球面对称Navier-Stokes 方程组是描述流体在球面上的流动的重要模型。

具有一般粘性系数和压力的情况下,这个方程组的解的唯一性是一个开放的问题。

在无限维空间上,具有足够的正则性质和边界条件的情况下,Navier-Stokes 方程组是有唯一解的。

然而,在有限维空间中,由于经典的Ladyzhenskaya-Prodi-Serrin 定理,在两维和三维情况下,Navier-Stokes 方程组不存在全局唯一解。

在球面上,解Navier-Stokes 方程组的唯一性是一个开放问题。

虽然球面上的流体力学问题的研究不如在平面或空间上的那么发达,但是有一些研究表明,在特定的条件下,带外力的球面对称
Navier-Stokes 方程组存在唯一解。

例如,当外力是满足某些特殊性质的商品函数时,球面上的Navier-Stokes 方程组存在唯一解。

然而还有很多其它研究工作需要继续探讨这个问题,确定球面上带有一般粘性系数和压力的Navier-Stokes 方程组的唯一解存在性和不存在性的充分条件。

navierstokes方程的三种迭代法

navierstokes方程的三种迭代法

navierstokes方程的三种迭代法
Navier-Stokes方程是描述流体运动的基本方程,其解法通常涉及到数值计算。

以下是三种常见的迭代法:
有限差分法(Finite Difference Method):
有限差分法是一种直接求解Navier-Stokes方程的方法。

它通过将连续的时间和空间离散化,将偏微分方程转化为差分方程,然后通过迭代求解这些差分方程来逼近原方程的解。

这种方法简单直观,但可能对初值敏感,且在处理复杂边界条件时可能遇到困难。

有限元法(Finite Element Method):
有限元法是一种基于变分原理的数值方法。

它将连续的流体域离散为有限个小的子域(或称为“元”),然后在这些子域上定义近似函数。

通过最小化近似函数与真实解之间的误差,可以得到原方程的近似解。

这种方法能够处理复杂的边界条件,且对初值不敏感,但计算量较大。

有限体积法(Finite Volume Method):
有限体积法是一种介于有限差分法和有限元法之间的方法。

它将流体域划分为一系列控制体积,并在每个控制体积上定义离散的数值格式。

通过求解这些离散方程,可以
得到原方程的近似解。

这种方法在处理复杂边界条件和流场变化时具有较好的适应性,且计算效率较高。

以上三种迭代法各有优缺点,可以根据具体问题选择适合的方法进行求解。

Navier-Stokes-Navier-Stokes耦合方程的数值解法

Navier-Stokes-Navier-Stokes耦合方程的数值解法

Navier-Stokes-Navier-Stokes耦合方程的数值解法Navier-Stokes/Navier-Stokes耦合方程的数值解法导言在流体力学领域中,Navier-Stokes方程是研究流体运动的基本方程。

然而,在某些特定的情况下,这一方程组的数值求解可能会变得相当困难。

针对这一问题,研究人员提出了一种耦合求解Navier-Stokes方程的方法,即Navier-Stokes/Navier-Stokes耦合方程。

本文将介绍该方程的数值解法。

一、方程模型的建立Navier-Stokes方程是一组描述流体连续性、动量守恒和能量守恒的偏微分方程。

在求解流体运动问题时,一般需要将流体领域划分为无限小的控制体,并对每个控制体应用质量、动量和能量守恒方程。

而Navier-Stokes/Navier-Stokes耦合方程则是在不同物理领域的控制体之间建立耦合关系,以实现多物理场的数值求解。

二、数值求解方法针对Navier-Stokes/Navier-Stokes耦合方程的数值求解,常用的方法包括有限元法、有限差分法和有限体积法等。

这些方法各自具有自身的特点和适用范围。

1. 有限元法有限元法是一种广泛应用于流体力学问题的数值求解方法。

在求解Navier-Stokes/Navier-Stokes耦合方程时,有限元法将流体领域离散成有限数量的单元,通过对每个单元内的方程进行近似求解,并通过单元之间的耦合关系得到整个流场的解。

有限元法的优势在于适用于复杂的几何形状和边界条件,并且能够处理非结构化网格。

然而,有限元法的计算量较大,对计算资源的需求较高。

2. 有限差分法有限差分法是一种利用离散化点上的函数值和函数导数之间的关系来近似求解微分方程的方法。

在求解Navier-Stokes/Navier-Stokes耦合方程时,有限差分法将流体领域离散成网格点,并通过有限差分近似来求解偏微分方程。

有限差分法的特点在于简单易懂、计算效率高,特别适用于规则网格和稠密网格的情况。

一维可压缩Navier—Stokes方程组整体弱解的存在性

一维可压缩Navier—Stokes方程组整体弱解的存在性

t h e e x t e r n l a f o r e s f u n c t i o n o f i n d e p e n d e n t v a r i a b l e x a n d t

Un d e r c e r t a i n a s s u mp t i o n s,t h e o b a l e x i s t e n c e a nd u n i qu e n e s s o f t h e
Vo 1 . 3 0, No . 1
Ma r .201 3
维可 压 缩 N a v i e r — S t o k e s 方 程 组整 体 弱解 的存 在 性
孙 美 满
( 武 汉科技 大学城市学院 数学教研 室 , 湖北 武汉 4 3 0 0 8 3 )
粘 性 系数 ( p )和压 力尸 ( p ) 为 密度 p的 一般 函 数 , #- g -  ̄ b 2 项/为 自变量 和 £ 的 函数 。 在 适 当的 假 设 条 件 下 利 用 差分 方 法 , 得 到 了弱 解 的 整 体 存在 性 和 唯 一 性 。 为 克服 一 般 的 粘 性 系数 ( p )和 外 力项 厂 给研 究带来的困难 , 文章得到 了一些新 的先验 估计 。
a n d T e c h n o l o g y, Wu h a n Hu b e i 4 3 0 0 8 3,C h i n a)

Ab s t r a c t : T h e f r e e b o u n d a  ̄f o r o n e — d i me n s i o n a l c o mp r e s s i b l e Na v i e  ̄ ・ . S t o k e s e q u a t i o n s wi t h d e n s i t yd e p e n d e n t v i s c o s i t v a n d

纳维-斯托克斯方程(Navier-Stokes equations)

纳维-斯托克斯方程(Navier-Stokes equations)

纳维-斯托克斯方程(Navier-Stokes equations)名称由来Navier-Stokes equations描述粘性不可压缩流体动量守恒的运动方程。

简称N-S方程。

因1821年由C.-L.-M.-H.纳维和1845年由G.G.斯托克斯分别导出而得名。

该方程是可压缩流体的N-S方程。

其中,Δ是拉普拉斯算子;ρ是流体密度;pN-S方程意义后人在此基础上又导出适用于可压缩流体的N-S方程。

N-S方程反映了粘性流体(又称真实流体)流动的基本力学规律,在流体力学中有十分重要的意义。

它是一个非线性偏微分方程,求解非常困难和复杂,目前只有在某些十分简单的流动问题上能求得精确解;但在有些情况下,可以简化方程而得到近似解。

例如当雷诺数Re1时,绕流物体边界层外,粘性力远小于惯性力,方程中粘性项可以忽略,N-S方程简化为理想流动中的欧拉方程(=-&Ntilde;p+ρF);而在边界层内,N-S方程又可简化为边界层方程,等等。

在计算机问世和迅速发展以后,N-S方程的数值求解才有了很大的发展。

基本假设在解释纳维-斯托克斯方程的细节之前,首先,必须对流体作几个假设。

第一个是流体是连续的。

这强调它不包含形成内部的空隙,例如,溶解的气体的气泡,而且它不包含雾状粒子的聚合。

另一个必要的假设是所有涉及到的场,全部是可微的,例如压强P,速度v,密度,温度Q,等等。

该方程从质量,动量,和能量的守恒的基本原理导出。

对此,有时必须考虑一个有限的任意体积,称为控制体积,在其上这些原理很容易应用。

该有限体积记为\Omega,而其表面记为\partial\Omega。

该控制体积可以在空间中固定,也可能随着流体运动。

纳维-斯托克斯方程(Navier-Stokes equations),以克劳德-路易·纳维(Claude-Louis Navier)和乔治·盖伯利尔·斯托克斯命名,是一组描述象液体和空气这样的流体物质的方程。

控制方程 弱形式

控制方程 弱形式

控制方程弱形式引言控制方程(Control Equations)是工程领域中一类重要的数学方程,用于描述物理、化学或其他领域中的现象。

控制方程的弱形式(Weak Formulation)是对控制方程进行数学推导和变换,以满足特定条件和求解要求的一种形式。

本文将深入探讨控制方程的弱形式,包括定义、推导方法、求解步骤以及应用领域等方面。

定义控制方程通常以微分方程的形式出现,用于描述物理、化学或其他领域中的基本原理和规律。

控制方程的一般形式如下所示:L(u) = f (1)其中,u表示未知函数,L(u)表示对u的线性微分算子,f表示已知函数。

控制方程的目标是求解未知函数u,使得方程等式成立。

推导方法控制方程的弱形式是通过对控制方程进行适当的变换和推导得到的。

以下是一种常用的推导方法:1.乘以测试函数:将控制方程(1)两边分别乘以一个测试函数v(x),得到如下形式:L(u)v = f*v (2)2.应用分部积分:对方程(2)中的左侧进行分部积分,得出:∫L(u)v dx = ∫f*v dx (3)其中,∫表示积分运算符,dx表示积分变量。

3.弱形式定义:将方程(3)中的等式改写为一种弱形式的定义,即要求:∫L(u)v dx = ∫f*v dx for all v (4)式中,for all v表示对于所有的测试函数v都成立。

求解步骤求解控制方程的弱形式通常包括以下步骤:1.选择适当的测试函数v(x)。

2.将控制方程(1)乘以测试函数,并应用分部积分得到弱形式的定义。

3.将弱形式的定义转化为离散形式,即将函数空间上的积分转化为有限个节点上的求和。

4.构造离散系统方程:根据离散形式,将所有的测试函数v(x)替换为离散的基函数,并构建线性方程组。

5.求解线性方程组:使用合适的数值求解方法求解线性方程组,得到未知函数的近似解。

应用领域控制方程的弱形式在各个工程领域中都有广泛的应用,以下列举了几个常见的应用领域:流体力学在流体力学中,控制方程通常是以Navier-Stokes方程的形式出现。

7.3_Navier-Stokes方程的解

7.3_Navier-Stokes方程的解
A B f 1 (r ) = 3 + + C + Dr 2 r r
(15) (16) (17)
A B f 2 (r ) = − 3 + + C + 2 Dr 2 2r 2r B f 3 (r ) = 2 + 10 Dr r
A、B、C、D为任意常数,可以由边界条件来确定。
7.6.1 Stokes流动 流动
7.6.1 Stokes流动 流动
由于 所以
2
∇⋅u = 0
∂f x ∂f y ∂f z ∇ p = ρ ∂x + ∂y + ∂z
当忽略质量力的作用或者质量力可视作常数(如重力 ( 场中,fx=fy=0,fz=-g)时,有
∇2 p = 0
因此,缓慢流动中的压强p(x,y,z)是调和函数。 在给定边界条件时,由上述方程,可以求得流 动的压强场,进而由Stokes近似方程求出速度场。
∂u r = f1′(r ) cosθ ∂r
∂ 2ur = f1′′ (r ) cos θ 2 ∂r
∂u θ = − f 2′(r )sin θ ∂r
∂ 2 uθ = − f 2′′(r )sin θ 2 ∂r
∂p = µ f 3′(r ) cos θ ∂r
∂u r = − f1 (r )sin θ ∂θ
(1)
(2)
(3)
7.6.1 Stokes流动 流动
方程组的边界条件为 球面上(即r=r0):ur=0,uθ=0 无穷远处(即r→∞):即ur=U0cosθ, uθ=-U0sinθ,p=p0 采用分离变量法 分离变量法求解上述方程组。 分离变量法
7.6.1 Stokes流动 流动
由于流动的轴对称性,ur(r,θ),uθ(r,θ),所以假 设方程组的解具有如下形式,以便于分离变量。

一维可压缩Navier-Stokes方程初值问题强解的整体存在性

一维可压缩Navier-Stokes方程初值问题强解的整体存在性

2021,41A (3):642-651数学物理学报http: // a ct a 一维可压缩Navier-Stokes 方程初值问题强解的整体存在性郭尚喜(武汉理工大学理学院数学系 武汉430070)摘要:考虑粘性系数依赖于密度的一维等爛可压缩Navier-Stokes 方程的初值问题.利用能量 估计得到密度的上界和下界,从而证明了真空和集中状态都不会产生.再利用关于强解的局部 存在性结论,通过变换粘性系数构造逼近解,并结合密度和速度的先验估计得到强解的整体存 在性.关键词:Navier-Stokes 方程;可压缩;整体强解;粘性依赖于密度.MR(2010)主题分类:35Q30; 35Q35 中图分类号:O175.29 文献标识码:A文章编号:1003-3998(2021)03-642-101引言考虑粘性依赖于密度的一维等爛可压缩Navier-Stokes 方程的初值问题,在Lagrange 坐 标系下方程的形式如下P t + pu x = 0, (x, t) G R x R ,+,u t + p (p )x = (p “(p )u x )x ,(1.1)其中p (x, t ) > 0, u (x, t )分别表示流体的密度和速度,p(p )和“(p )分别为压强和粘性系数. 对于等爛流体p (p ) = Ap Y , A> 0,7> 1•假设粘性系数为“(p) = Bp a G (0,1].(1.2)不失一般性,假设A = B = 1.本文考虑方程(1.1)的强解的整体存在性,假设初始值在无 穷远处有不同的极限(p, u )(x, 0) = (p o (x ), u o (x )) T (p ±,u ±), |x T X ,(1.3)其中p 土 > 0和u 土是4个常数, 调函数,u + >u -.令p (x ) > 0和u (x )是定义在R 上的两个光滑单p (x )=p + ,x > 1,p _,x S -1,收稿日期:2019-05-24;修订日期:2020-02-06E-mail:**********************No.3郭尚喜:一维可压缩Navier-Stokes方程初值问题强解的整体存在性643u(x)x>1, u-, x<—1,使得p(x)>0,0<u(x)x<g.假设初值满足P o—p€H1(R),u o—u(E H1(R),0<c o<p o(x)<c0<+g,(p o)x€L TO(R),(1.4)其中c o,c o为常数.近些年来,关于等爛可压缩Navier-Stokes方程的解的研究受到学者们广泛关注.文献[1-2]研究了方程(1.1)中粘性系数“为常数时的情形.文献[3-4]考虑了等爛粘性流体的物理特性,这时会出现粘性系数与密度函数P的次暮成比例的情形,如:“(p)=p a,a>0.文献[5-12]研究了流体连续连接真空或不连续连接真空时不同范围的a的自由边界问题.在关于方程(1.1)的自由边可题中,自由边界条件对于密度函数的下界的推导起到关键作用.但是,在关于方程(1.1)的初边值问题或Cauchy问题中情况是不同的.文献[13]研究了初边值问题弱解的整体存在性和真空区域的动力学性质,其中a>2.文献[14]研究了Cauchy 问题的整体强解的存在唯一性,其中粘性系数“满足:存在常数v>0,C>0,使得当p>1时“(p)>v;当p<1时“(p)>vp a,a€[0,1);任意的p>0都有“(p)<C(1+p(p)).后来,文献[15]拓展了a的范围,得到“(p)=p a,a€(0,1)时方程(1.1)的Cauchy问题强解的整体存在性.那么,在保证强解的整体存在性的前提下,对于粘性系数“(p)=p a中指数a的范围的极大值的研究是有意义的.本文的主要目的是证明“(p)=p a,a€(0,1]时方程(1.1)的强解的整体存在性.为此,需要证明密度函数p是有正上、下界的,然后,利用文献[16]中关于解的局部存在性结论可知在任意时间t>0都不会出现真空区域或聚集区域,从而也就证明了解的整体存在性.本文的主要困难在于对密度函数p在(x,t)€R x[0,T]时正下界的估计(见引理3.6),为了克服这个困难本文首先考虑了在任意有界区域K x[0,T]上的情形,然后利用p t p,|x|t g 得到密度函数在R x[0,T]上的正下界的估计.接下来,首先给出本文的主要结论,然后得到一些预备引理,最后借助文献[16]中的结论(见引理4.1)给出主要定理的证明.2主要结论定理2.1假设初值(p o,u o)满足(1⑷式,那么初值问题(1.1)-(1.3)存在整体强解(p,u),使得任意的T>0都有p—p€L TO(0,T;H1(R)),p t€L2(0,T;L2(R)),(2.1) u—u€L TO(0,T;H低))L2(0,T;H2(R)),u t€L2(0,T;L2(R)).(2.2)另外,存在常数C(T)>0使得0<C-1(T)<p(x,t)<C(T)<g,V(x,t)€R x(0,T).(2.3)为使得到的解(p,u)在无穷远处收敛到(p士,u士),参考文献[14]引入相对爛为H=2(u―u)2+p(p|p),644数学物理学报Vol.41A 其中p (p |p )满足P (p |p )占p Y -1+乎(p )Y-1,Y - 1注2.1 (H i )易知pp (p |p )是严格凸函数,pp (p |p ) > 0,当且仅当p = p 时pp (p |p ) = 0; (H 2)易知存在依赖于p 士的常数C 〉0,使得liminf p (p |p ) > C ;p —(H 3)下文中出现的C 表示依赖于初值的常数,CC )表示依赖于初值和括号中的量“•” 的常数.3先验估计本节的先验估计包含对密度函数p 的正则性估计和上、下界估计,还有对速度u 的正则性 估计.引理3.1, 3.2和3.4由文献[15]得到,虽然文献[15]中考虑的是“(p ) = p a ,a G (0,1)的情 形,但是对于“(p ) = p a ,a G (0,1]的情形引理3.1, 3.2和3.4仍然适用.本节的重难点是对密 度函数p 的上、下界估计(见引理3.3和引理3.6),借助引理3.1和引理3.2可以得到引理3.3, 利用引理3.4中关于(p a )x , (u -u )的高阶可积,性和引理3.5中在任意有界区域(x, t )G K x [0, T ] 上右 ||p 2n (Y -a )u 2n ||L ~([-M ,M ])d s < C (T,M )J :(p Y )x n d s < C (T,M ), V x G [-M, M ]的结论得 到密度函数p 在任意有界区域(x,t )G K x [0,T ]上是有正下界的,再结合p t p , |x | tx 证 得引理3.6.最后参考文献[14]给出了关于密度函数p 和速度u 的正则性估计(见引理3.7).弓I 理3.1若(p,u )是初值问题(1.1)-(1.3)的强解,则任意的T> 0,都有常数C (T ) > 0 使得(u — u )2 + p (p |p )d x + / p “(p )u x d x d t < C (T ).J r Jo J r证证明过程参考文献[15].引理3.2若(p, u )是初值问题(1.1)-(1.3)的强解,则任意的T> 0,都有常数C (T ) > 0使得(u - u + (p a )x /a )2 + p (p |p )d x +p f d x d t < C (T ).证证明过程参考文献[15]. I 弓|理3.3若(p, u )是初值问题(1.1)-(1.3)的强解,则任意的T> 0,都有常数C (T ) > 0 使得p (x,t ) < C (T ), V (x, t ) G R x [0, T ].证 根据注2.1(H 2)可知存在"〉0使得Cp (p |p ) > 2, v p > n.下面证明任意的(x o ,t o ) G R x [0,T ]都有p (x o ,t o ) < C (T ).若任意的r (T ) > 0都有inf p (x,t o ) > n,x E [x q —r (T ),x o ] 则p (p |p )d x >x qx q —r (T )C p (p |p )d x > — r (T ),(3.1)No.3郭尚喜:一维可压缩Navier-Stokes 方程初值问题强解的整体存在性645可以取适当的r (T )使得(3.1)式与引理3.1矛盾,因此存在r (T ) > 0,x i € [x o — r (T ), x o ]使 得p (x i ,t o ) < n.又根据引理3.1和引理3.2易知4(p a )X d x < C (T ),所以f X o f X op a (x o ,t o ) — p a (x i ,t o ) = (p a )x d x < (1 + (p a )X )/2d x < C (T ),J x i J x o -r (T )即p (x o ,t o ) < C (T ), V (x o ,t o ) € R x [0,T ].引理3.3得证. I弓I 理3.4若(p,u )是初值问题(1.1)-(1.3)的强解,则V T > 0, V n € Z + (正整数集),都 有常数C (T,n ) > 0使得(u — u )2n d x < C (T,n ).证证明过程参考文献[15]. I 弓|理3.5若(p,u )是初值问题(1.1)-(1.3)的强解,则任意的T > 0, 0 < M < +g , n >詰窃,都有依赖于初值,时间T ,常数M, n 的常数C (T, M, n ) > 0,使得||p 2"(Y-a )u 2"||“([-M,M ])d s < C (T,M,n ),(p Y )X"d s < C (T, M,n ),V x € [—M, M ].证 利用Sobolev 嵌入定理,弓|理3.1-3.4和Cauchy 不等式,有||p 2"(Y-a )u 2"||“([-M,M ])f M f M< C I p 2n (Y-a )u 2n d x + C I |(p 2n (Y-a )u 2n )x |d xJ-M J-Mf M f M< C (T,n ) / u 2n d x + C (n ) / |p 2n (Y-a )-1p x u 2n |d xJ-MJ-M f M +C (n) / |p 2n (Y-a )u 2n-1u x |d x J-Mf M f M < C (T, n ) / (u — u )2n d x + C (T, n )J-M J-M f M f M +C (n) / p a + [f d x + C (n) / p 4n (Y-a )-(1+a )u 4”-2d x J-M J-Mf M M < C (T, n) /p a +^xd x + C (T, M, n )J-M -M f M < C (n) / p a +1 u x d x + C (T, M,n ),J-MM |(p a )x u 2n |d x (3.2)再由(3.2)式在(0,t )上积分,利用引理3.1,在取定n (使得n >皓略)后可得厂 ||p 2心-a )u 2n ||“([-M,M ])d s < C (T, M,n ).o646数学物理学报Vol.41A 将(1.1)1式代入(1.1)2式得到(p )xt = -au t - a (p 7 )x ,再由(3.3)式在(0,t )上积分可得(p a )x = (p $)x + a (u o - u ) - a / (p Y )x d s,Jo (3.3)(3.4)利用(3.4)式,Cauchy 不等式和Holder 不等式,有A p Y )x n d s = (Y/a )2" f p 2"(Y -a )(p a )x n d so Jo=(Y/a )2"广 p 2"(Y -a )((p a )x + a (u o - u ) - a)x d l )2"d s JoJo< C (n )广 p 2"(y —a )((p a )x" + u o " + u 2")d s Jo+C (T,n ) / p 2"(y —a )厂防)x"d l d sJoJo < C (T, M, n ) + C (T, n ) (p Y /dl d s,再利用Gronwall 不等式,在取定n 充分大(使得n > 昔)后,有[(p Y Fds < C (T, M,n ), x G [-M,M ].o引理3.5得证. I弓|理3.6若(p, u )是初值问题(1.1)-(1.3)的强解,则任意的T> 0,都有常数C (T ) > 0 使得p (x, t ) > C (T ), (x, t ) G R x [0, T ].证利用引理3.1和引理3.2可知人(p a )x d x < C (T ),再结合引理3.3和a G (0,1]得到 J r p x d x < C (T ),因此y —2)(p -丹伽/ (pp (p |p ))x d x <2( —)2 / (p Y —ir 7 — 1 J r< C [ (p Y -1 — (p )y —i )2p x d x + C [ (p - p )2(p )x d xJ r 丿—1< C (T ),又根据引理3.1和引理3.3可知4 pp (p |p )d x < C (T ),所以pp (p |p ) T 0, |x | T X ,而由注2.1(H i )可知pp (p |p ) > 0,当且仅当p = p 时pp (p |p ) = 0,所以p T p, |x | T X.No.3郭尚喜:一维可压缩Navier-Stokes 方程初值问题强解的整体存在性647由此可知,可以取e > 0,则存在N > 0,使得当|x | > N 时p (x, t ) > p (x ) — e > 0.令 K = [—N,N ],设 u (x,t ) = ,V (x,t ) € K x [0, T ]•根据(1.1)i 式易知(u b )t = bu b-1u t = bu b-1u x , V b > 1.(3.5)(3.6)由(3.6)式在K x (0,t )上积分,利用(3.4)式有/ u b d x =u O d x +K J K bu b-1u x d x d sa u O d x +b ^—J K+ I b (u b-1u )|N N d s,Jo gdx +b (b — 1)K 上式可等价变形为u b-1+a u 2d x d su b-1+a (p a )x u d x d s + / b (u b-1u )|-N d s Jou b-1+a u ((p a )x + a (u o — u ) — a / (p Y )x d l )d x d s Jo/ u b d x + b (b — 1)J K b [ (u b-1u )|N N d s + / u O d x + (b (b — 1)/a )JO 丿K1+a u (p a )x d x d s +b (b — 1)1+a uu o d x d s — b (b — 1)u b-1+% / (p Y )x d l d x d sJoa I l + I + I 3 + I 4 + I 5.(3.7)在(x,t ) € K x [0,T ]上,设 w (T ) = max {u (x,t )}.由引理 3.3 知 p (x,t ) < C (T ),不妨设 w (T ) > 1,则由Sobolev 不等式,Holder 不等式和引理3.4,有||u ||L x (K )=||u 4||l -(k ) < C u 4d x + C |(u 4)x |d x JK 丿K< C [ (u — u )4 + (u )4d x + C [ |u 3u x |d xJ K J K1/2< C (T, N ) + C (T, N )< C (T, N )+ C1/2因此\1/8p 1+%xd x ) d s(3.8)648数学物理学报Vol.41A 根据(3.8)式和(3.5)式易知厶=b [t (v b —1iJo< b (v (N,t ))b -1 / ||u ||i -(K )d s + b (v (—N,t ))b -1 / ||u ||i -(K )d sJoJo< C (T, N ) + C (T, N )(w (T ))(1+a )/8.另外I 2 =畑 < C (N ),J K这里的C (N )表示与初值和N 有关的常数.利用(1.4)式,引理3.3和0 < a < 1可得I 3 < (b (b - 1)/4)u b —i +a u 2d x d s + C (T )u b —1+a (p a )x d x d s (b (b - 1)/4)u b —i +a u 2d x d s + C (T )u b p 1-a a 2(p o )2(a-i)(p o )x d x d s < (&(& - 1)/4)u b —1+a u 2d x d s + C (T ) | |p | |l -a R X [o ,T ])| |p o x | (R )u b d x d s < (&(& - 1)/4)v b -i +a u 2d x d s + C (T )u b d x d s.利用(1.4)式和Sobolev 不等式易知||u o ||L ~(R ) < ||u o - u ||L ~(R ) + ||u ||L ~(R ) < ||u o - u ||ff i (R ) + C < C,因此I 4 < (b (b - 1)/4)u b —1+a u 2d x d s + C (T )u b u o d x d s < (&(& - 1)/4)u b —i +a u 2d x d s + C (T )||u o ||;8(R )u b d x d s < (&(& - 1)/4)u b —1+a u 2d x d s + C (T )u b d x d s.由引理3.5可知当n > 4(+0)时(f(p Y )x d s) < C (T )(f(p Y )x"d s) / < C (T,N,n ), x G K,因此I < (b (b - 1)/4)< (&(& - 1)/4)u b —i+a u 2d x d s + C (T, N )u b —1+a u 2d x d s + C u b d x d s.[p Y )x dl)2d x d s 将厶-的估计式代入(3.7)式得到/ u b d x +K u b —1+a u 2d x d s < C (T, N )(1 + (w (T ))字)+ C (T, N, n )u b d x ds,No.3郭尚喜:一维可压缩Navier-Stokes方程初值问题强解的整体存在性649再由Gronwall不等式可得u b d x<C(T,N,n)+C(T,N)(w(T))咛,V b>1.(3.9)根据引理3.1可知p(p|p)d x<C(T),因此f K u d x<C(T,N).假设任意的(x,t)€K x[0,T]都有u(x,t)>C(T,N),则J K u d x>C(T,N),显然矛盾.因此必存在x1€K使得u(x1,t)< C(T,N).再利用引理3.1-3.2和(3.9)式,有U b(x,t)—U b(x1,t)/(u b)y d y<(b/a)/|u b-1p-1-a(p a)x|d xx i J K<Cu2(b+a)d x1-4—a<C(T,N,n)+C(T,N)(w(T))〒,又因为b>1,0<a<1,所以u(x,t)<C(T,N,n),V(x,t)€K x[0,T].(3.10)结合(3.5)式和(3.10)式可得p(x,t)>C(T),V(x,t)€R x[0,T].引理3.6得证.I 弓I理3.7若(p,u)是初值问题(1.1)-(1.3)的强解,则任意的T>0,都有常数C(T)>0使得||p一p||L~(O,T;H1(R))<C(T),||u一u||L~(O,T;H1(R))<C(T),||p t||L2(O,T;L2(R))<C(T),||u—u||L2(O,T;H2(R))<C(T),||u t||L2(O,T;L2(R))<C(T).证证明过程参考文献[14].I 4定理2.1的证明在证明定理2.1之前先给出下述关于解的局部存在唯一性的引理.引理4.1若初值(p o,u o)满足(1.4)式,“(p)>0>0,则存在T o>0(T o仅依赖于初值),使得t€(0,T o)时,初值问题(1.1)-(1.3)存在唯一的解(p,u)满足p—p€L*(0,T1;H1(R)),p t€L2((0,T1)x R),V T1€(0,T o),u—u€L2(0,T1;H2(R))门L*(0,T1;H1(R)),u t€02((0,口)x R),V T1€(0,T o),同时,存在c o(t),c o(t)>0使得c o(t)<p(x,t)<c o(t),V t€(0,T o).650数学物理学报Vol.41A证参考文献[16].I 下面根据上述引理给出定理2.1的证明.证首先,变换粘性系数为“"(p)=max{“(p),1/n}>1/n>0.借助引理4.1可以假设(p”,u”)是“=“"(p)时初值问题(1.1)-(1.3)在t G(0,T o)上的强解.其次,利用引理3.1-3.7可知(p”,u”)在t G(0,T o)上满足p"-p G L*(0,T o;H1(R),u"-u G L*(0,T o;H1(R),C-1(T)<p”<C(T).最后,由引理4.1可知当n充分大(1/n<C-1(T))时(p”,u”)是初值问题(1.1)-(1.3)的一个整体解,即T o(n)t x(n t x),此时有“”(p)t“(p)(n t x),即初值问题(1.1)-(1.3)存在整体强解(p,u),使得C-乂巧<p<C(T).(p,u)的正则性由引理3.1-3.7和引理4.1给出,定理2.1得证.I参考文献[1]Hoff D.Global existence for1D,compressible,isentropic Navier-Stokes equations with large initial date.Transactions of the American Mathematical Society,1987,303(1):169—181[2]Hoff D.Global solutions of the equations of one-dimensional,compressible flow with large date and forces,and with differing and states.Zeitschrift fur Angewandte Mathematik und Physik,1998,49(5):774—785[3]Hoff D,Serre D.The failure of continuous dependence on initial date for the Navier-Stokes equations ofcompressible flow.SIAM Journal on Applied Mathematics,1991,51(4):887—898[4]Liu T P,Xin Z P,Yang T.Vacuum states for compressible flow.Discrete and Continuous DynamicalSystems,1998,4(1):1-32[5]Okada M.Free boundary value problems for the equation of the one-dimensional motion of viscous gas.Japan Journal of Industrial and Applied Mathematics,1989,6(1):161-177[6]Okada M,Makino T.Free boundary problem for the equation of 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Problems of One-Dimensional Compressible Navier-Stokes EquationsGuo Shangxi(Department of Mathematics,School of Science,Wuhan University of Technology,Wuhan430070)Abstract:To consider the initial problem for one-dimensional compressible isentropic Navier-Stokes equations with density-dependent viscosity.By using the energy estimates,the lower and upper bounds for the density is derived,that is,nether vacuum states nor concentration states can occur.Finally,the approximate solution is constructed by transforming the viscous coe伍cient,the existence of global strong solution is obtained by using the local existence con­clusion of the strong solution and combining a prior estimates of the density function and the velocity function.Key words:Navier-Stokes equation;Compressible;Global strong solution;Density-dependent viscosity.MR(2010)Subject Classification:35Q30;35Q35。

navier–stokes 公式

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navier–stokes 公式
Navier-Stokes方程是描述流体运动的基本方程之一,它由法国科学家Claude-Louis Navier和乔治·斯托克斯分别在19世纪提出。

Navier-Stokes方程描述了流体的运动,包括速度、压力、密度和温度等参数随时间和空间的变化规律。

它是非线性偏微分方程组,通常用于描述流体力学中的不可压缩流体。

Navier-Stokes方程可以写成三个方程,分别是质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。

这些方程可以用来模拟和预测气体和液体在各种条件下的流动行为,对于工程、气象学、海洋学等领域具有重要意义。

从数学角度来看,Navier-Stokes方程是一个高度复杂的非线性方程组,包含了速度、压力和密度等多个变量,因此其数学性质十分复杂。

这也是导致Navier-Stokes方程至今仍然是一个未解决的数学难题之一。

对于Navier-Stokes方程的解的存在性和光滑性等问题,数学家们一直在进行深入的研究。

从工程应用角度来看,Navier-Stokes方程在航空航天、汽车工程、水利工程等领域都有重要的应用。

通过对Navier-Stokes方程的数值模拟,工程师们可以预测飞机的气动特性、汽车的空气动力学性能、水流的运动规律等,为工程设计和优化提供重要依据。

总的来说,Navier-Stokes方程是描述流体运动的基本方程之一,具有重要的理论和应用价值。

对于Navier-Stokes方程的研究不仅有助于深化我们对流体运动规律的理解,还可以为工程技术的发展提供重要支持。

一维稳态量子Navier-Stokes方程组分析-论文

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( 2·7)
其中co定义见( 1.9) 式.特别地,成立l l ml l L。。( o,1) ≤M,其中M定义见( 1.8) 式. 证定义函数mD∈C2[ o,1] ,使其满足边界条件mD( O) =mo,r oD( 1) =ml ,mDz( o) =
m。(。)l = It/:ox mxx㈤ds卜(./:0x 12ds) 5( Z。啪 灿 ) 5
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m。(z) :fxl l (j fxl ≤ mxx cs,ds 12d8)5(/ l m。2。cs,ds)5
s历(卜孙枷z)三一扣.
由上述两不等式及( 2.9) 式,得
( 1.9)
a=l l ognl —l ogno[,p∈(0,;],满足
iiE—- 一pp血血EE2“—2un,l u …>‘.
( 1 .1 0)
那么( 1.3)一( 1.6) 式存在古典解( n,Ⅱ) ∈H4( o,1) ×H3( o,1) 使得n( x) ≥e—M>0,X∈( 0,1)
另外,如果7—1,I uol ,Q,| | .厂l I L:( o,1) 充分小,则( 1.3) ( 1.6) 式有唯一解. 注1.1由( 1.5) 式中的礼。( o) =0知,边界条件( 1.6) 可以写成

间断Galerkin方法求解Navier-Stokes和分数阶方程

间断Galerkin方法求解Navier-Stokes和分数阶方程

间断Galerkin方法求解Navier-Stokes和分数阶方程间断Galerkin方法求解Navier-Stokes和分数阶方程引言:Navier-Stokes方程是描述流体力学中流动行为的基本方程之一,分数阶方程则是描述具有非局域效应的现象的重要数学模型。

研究这两类方程的数值解方法对于实际问题的求解具有重要意义。

本文将介绍一种应用于求解Navier-Stokes和分数阶方程的数值方法——间断Galerkin方法,并探讨其优势和应用前景。

一、Navier-Stokes方程Navier-Stokes方程是描述可压缩流体力学中流动行为的偏微分方程。

在三维空间中,它可以写成如下形式:∂u/∂t + (u·∇)u = -∇p + ν∇^2u + f,其中u是速度向量,p是压力,ν是运动粘度,f是外力。

这是一个非线性、耦合的方程组,求解其精确解往往是困难的。

因此,我们需要采用数值方法对其进行求解。

二、传统数值方法传统的有限差分法和有限元法是求解Navier-Stokes方程的常用数值方法。

然而,这些方法在处理流动中的不连续性、边界层等问题时面临一些困难。

而间断Galerkin方法由于其内插性能优良,逐渐成为求解这类问题的有效方法。

三、间断Galerkin方法间断Galerkin方法是一种将空间离散和时间离散相结合的高精度数值方法。

相比传统算法,间断Galerkin方法具有以下优势:1. 高精度:通过采用高次多项式近似解,并选择适当的数值积分方法,间断Galerkin方法可以达到较高的数值精度。

2. 适应不规则网格:间断Galerkin方法可以灵活地适应不规则网格,并能处理流动中的激波、边界层等现象。

因此,它在求解具有复杂几何结构的流动问题时具有优势。

3. 自适应:间断Galerkin方法可以通过自适应网格细化和减少时间步长等方式提高计算效率,并在迭代过程中自动调整网格。

四、应用前景间断Galerkin方法在求解Navier-Stokes方程和分数阶方程中已经得到广泛应用。

在极小外力作用下一类静态Navier—Stokes方程的解的存在性

在极小外力作用下一类静态Navier—Stokes方程的解的存在性

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本文 讨论 了一类 静态 三维 N ve— tk s 程 的解 的存 在性 ,通 a ir So e方 过给 粘 度 系数 的控 制条 件 ,采用 双线 性 不动 点定理 证 明 了其 解 的存 在性 。其 中引用 了一 些 已有结 论和 方法 ,在 此对 其作 者表 示 感谢 。 参考 文献
[ 苗长兴 , 6 ] 张波 .偏微 分方程 中的调和 分析方法 .第一版 . . . 北京: 学出版 科

一类带有真空的不可压Navier-Stokes方程的局部古典解

一类带有真空的不可压Navier-Stokes方程的局部古典解
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Ke r s:e s n e y wo d i e x t c ;N ve —tk se a o a irSo e q t n;v c u u i a u m
讨论 N v r tk s a i — o e 方程 : eS P +dv p )=0, i( u () 1 () 2 () 3
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惟一性问题的研究具有一定 的难度.文献 [0 1 ] 1 ,1 仅得到具有真空 的不可压 N v r t e 问题局部强 ai — o s eS k
收 稿 日期 : 0 70 -5 20 -31 .
作 者简介 : 袁洪君 ( 9 5 ) 男 , 16 一 , 汉族 , 士,教授 , 士生导 师 , 事偏微 分方 程 的研究 ,Em i h @j . d ・n 博 博 从 - a : j l eu c ・联系 人 : l y u 佟 丽宁( 9 1 , , 1 8 一) 女 蒙古族 , 博士研究生 , 事偏微 分方 程的研究 , - a : ik mi j .d ・ 从 Em i c l l o @e l l eu c . .u n 基金埂 目: 国家 自 然科学基金 ( 准号 : 0702 、 批 15 17 ) 教育部 高等 学校优 秀青 年教师 教学 和科研 奖励 基金 ( 准号 :[oo 2 ) 批 2o ]6 、 国家重点研究计划 9 3 目基金( r 项 7 批准号 : 0 6 B 0 9 2 和符号计算与知识工程教育部重点实验室 、 20 C 8 5 0 ) 吉林大学 95 目基金・ 8项

一维可压Navier-Stokes方程自由边值问题全局强解存在性和解的边界行为-论文

一维可压Navier-Stokes方程自由边值问题全局强解存在性和解的边界行为-论文

倒㈤爨黝妇数学物理学报ht t p://act am s.wi pm.ac.cn 一维可压N avi er—St okes方程自由边值问题全局强解存在性和解的边界行为+宋红丽郭真华(西北大学数学系,西北大学非线性科学研究中心西安710127)摘要:研究粘性系数p(p)=1+臼矿时一维可压N avi er—St okes方程的自由边值问题.假设初始密度间断连续到真空.首先通过建立一些先验估计式得到了密度P的正上下界,其次利用磨光法构造光滑逼近解,证明了当0>0时全局弱解的存在唯一性,并且得到了解的边界行为及其渐近性态.进一步,在适当的初值条件下通过提高解的正则性证明了强解的全局存在性.关键词:N avi er—St oke s方程;自由边值;强解;边界行为;渐近性态.M R(2000)主题分类:35Q30;76N10中图分类号:0175.2文献标识码:A文章编号:1003—3998(2013)04-601—201引言本文在欧拉坐标系下考虑如下的粘性系数依赖于密度的一维等熵可压N avi er—St oke s方程J_p,扎u)∈=0,I(p“),+(pu2+P(p))f=(p(p)“∈)∈,这里∈∈[o(丁),6(丁)],丁>0,J9(∈,7_),“(∈,丁),P(P)分别表示流体的密度,速度和压力.p(p)= 1+口矿表示粘性系数.为叙述简单,在文中仅考虑多方理想气体,即P(P)=A p'Y,7>1,A>0.不失一般性,不妨令A=1.假设气体在初始时刻充满有限区间[a,b]c R1并且间断地连接到真空.此时存在两条曲线∈=n(丁)和∈=6(丁)把气体与真空分隔开来,即∈=o(r)和∈=bO-)是气体与真空的分界面并且满足导n(丁)=u(o(丁),丁),5b(,-)=u(6(丁),r),a(O)=o,b(O)=b.于是上述问题可转化如下P,+(P札)f=0,(pu),+(pu2+P(p))∈=(肛(p)u∈)∈,P(p(o(7-),7-))=p(p)u∈(Ⅱ(丁),7.),P(p(b(丁),7-))=p(p)u∈(6(7_),7-)收稿日期:2012—06—28;修订日期:2013—05—22E—m ai l:s onghl0422@163.cor n;zhenhua.guo.m at h@gm ai l.com+基金项目:国家自然科学基金(11071195)资助(1)(2)(3)602数学物理学报V01.33A(P,饥)(∈,0)=(Po,乱o)(∈),∈∈[oj6].(4)引入Lagrange坐标变换z=厝,)p(z,丁)dz,£=7-,这时,自由边界∈=n(丁)和∈= 6(1-)变为z=0,z=删p(z,-『)dz=f bp。

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− ∇ · [(µ0 + µ1 |∇v |r )∇]v + (v · ∇)v = f − ∇p, ∇ · v = 0, v = 0, ∀x ∈ Ω, ∀x ∈ ∂ Ω. ∀x ∈ Ω, (1.5) (1.6) (1.7)
Abstract In this article we discuss solvability of the solutions for Navier-Stokes system. We obtained more general existence, uniqueness and regularity results. We also apply these results into description of motion of viscous incompressible fluids. Keywords Navier-Stokes equation, Weak solution 1991 MR Subject Classification 35Q30, 76D05, 76D07 Chinese Library Classification O175.29
L∞ [(0, T ); J (Ω)], vt ∈
T 0
1 L2 [(0, T ); (J3 (Ω))∗ ]
1 1 = 0, v ∈ L2 [(0, T ); J2 (Ω)] ∩ Lr+2 [(0, T ); Jr +2 (Ω)] ∩
mg d!H3
[ϕt · (ϕ − v ) + µ0 ∇v · (∇ϕ − ∇v ) − (v · ∇)ϕ · v ]dxdt + µ1 r+2 |∇v |r+2 dxdt ≥
1.1[1] ξ −→ P (ξ ) Rm (P (ξ ), ξ ) ≥ 0, ∀ξ ∈ {ξ | |ξ | = ρ},
1 2
40
G
0 f+EK!%p_ 0J 1DW67@E ρ > 0, 5 Y ξ = (ξ1, ξ2 · · · , ξm ), η = (η1 , η2 , · · · , ηm ) ∈ Rm , m ξi ηi , |ξ | = (ξ, ξ ) . CA |ξ | < ρ v N(IBK!E ξ , mg P (ξ ) = 0. (ξ, η ) = i=1 " 1.2[1] * p 6 % [2, +∞) $ErOLA C ∃c1 > 0, 1D Ω(|∇u|p−2∇u 6 [t1 , t2 ] $Ebi_ A CW %bi_ A ϕ(t) : ϕ(t) ≤ c0 + K (s)ϕ(s)ds, ∀t ∈ [t1 , t2 ], 5 ϕ(t) ≤ c0 e K(s)ds . k !lS ,r LRlEmUR6A Ω ⊂ R3 YE f W Ω ⊂ R2 #+ kE `"OW6 x 1.1 * r ≥ −1, Ω ⊂ R3 6F5b XE57J 8 rO0S a(x) ∈ J21(Ω)∩Jr1+2(Ω), d5 f ∈ L2 [(0, T ); J (Ω)], C_,h (1.1)–(1.4) V&:A%p 3 1 x 1.2 * r ≥ 5 , Ω ⊂ R 6F5b XE57J 8 rO0S a(x) ∈ J (Ω), f ∈ 1 ∗ L [(0, T ); (Jr +2 (Ω)) ], C _, h (1.1)–(1.4) V & : A% p * 5 3 XE57J 8 rO0S a(x) ∈ J (Ω), f ∈ x 1.3 * r ≥ 1 2 , Ω ⊂ R 6 F 5b 1 ∗ 2 a(x) ∈ W4 (Ω) ∩ J (Ω), L [(0, T ); (Jr+2 (Ω)) ], C_,h (1.1)–(1.4) E *56g%E mg vt ∈ f ∈ L∞ [(0, T ); J (Ω)], ft ∈ L2 [(0, T ); J (Ω)], C _, h (1.1)–(1.4) E * 5 v 1 1 2 L∞ [(0, T ); J (Ω)] ∩ Lr+2 [(0, T ); Jr+2 (Ω)], v ∈ L∞ [(0, T ); Jr+2 (Ω) ∩ W2 (Ω )], Ω ⊂⊂ Ω; 7/ 1 2 ¯ ∂ Ω ∈ C 2 , oo N(DB v ∈ L∞ [(0, T ); Jr +2 (Ω) ∩ W2 (Ω)]. x 1.4 * r ≥ 1, Ω ⊂ R3 6F5b XE57J 8 rO0S a(x) ∈ J21(Ω) ∩ Jr1+2(Ω), d55 u) X i) v(x, t) 0,2+r −→ f ∈ L2 [(0, +∞); J (Ω)]. C_,h (1.1)–(1.4) E +∞ α τ f (τ 0,2 dτ < +∞, (α > 0 (A), C@ 0 < α ≤ 1 / v (t) 0,2 = 0, t → +∞; ii) 0 − − v (t) 0,2 = O(t ). O(t ); @ α > 1 / 1 x 1.5 * r ≥ 5 , Ω ⊂ R3 6F5b XE57J 8 rO0S a (x), a (x) ∈ J (Ω), f (x, t), f (x, t) ∈ L2 [(0, T ); J (Ω)], C_,h (1.1)–(1.4) }.6$@02Z(E *5 v , v + t 2 CT a −a 2 ; ii) u!H3 i) v (x, t) − v (x, t) 2 0,2 ≤ 0,2 + 0 f (τ ) − f (τ ) 0,2 dτ e t C 2 CT a −a 2 . $@q3Y ∇v (x, t) − ∇v (x, t) 2 0,r+2 ≤ µ 0,2 + 0 f (τ ) − f (τ ) 0,2 dτ e C 6U'T6 Ω 02Z(EM(A 3 XE57J 8 rO0S a(x) ∈ J (Ω), f ∈ x 1.6 * r ≥ 1 5 , Ω ⊂ R 6 F 5b i) @ µ1 → 0 / vµ , L2 [(0, T ); J (Ω)], C W 6 _, h (1.1)–(1.4) E * 5 v µ , o o 5 A L2 [(0, T ); J21 (Ω)] Y 8`6 v; vµ A L∞[(0, T ); J (Ω)] Y ∗ 8`6 v, v mg dH3
(1.1) (1.2)
KY f (x, t) = (f1 (x, t), f2 (x, t), · · · , fN (x, t)) 6rOEc] µ0 > 0, µ1 > 0, r ≥ −1 6{O E(A T 6/% t ∈ [0, T ], x ∈ Ω, QT = Ω × (0, T ). jPb v(x, t) = (v1(x, t), v2 (x, t), · · · , ∂ ∂ ∂ ∂ ∂k = ∂x , TTJe ∇ = ( ∂x , ∂x , · · · , ∂x ), vN (x, t)) 6hWEhI p = p(x, t) 6
t 0
r+2 r+1
[(0, T );
vτ , ϕ dτ +
Qt t
[(µ0 + µ1 |∇v |r )∇v · ∇ϕ − (v · ∇)ϕ · v ]dxdτ
1 ∀ϕ ∈ Lr+2 [(0, T ); Jr +2 (Ω)],
=
0
f , ϕ dτ,
∀t ∈ (0, T ),
C* v 6mU (1.1)–(1.4) E *5 x 1.3 * r ≥ −1, 0S a(x)
∂p ∂vi ∂τij ∂vi − + vj = fi − , ∂t ∂xj ∂xj ∂xj j =1 j =1
N j =1 N N
∀(x, t) ∈ QT ,
(1.8)
∂vj = 0, ∂xj
∀(x, t) ∈ QT .
(1.9)
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