三维流体-粒子相互作用模型:Flowing Regime模型的局部解问题
Local Classical Solutions of 3D Fluid-Particle Interaction Model: The Flowing Regime
Received: 2017-11-10
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该文主要研究了三维流体-粒子相互作用模型:Flowing Regime模型在全空间中的Cauchy问题.证明了局部强解的存在性和唯一性,通过推导强解的光滑性得到了一个局部经典解.
关键词:
In this paper, we concerned with the Cauchy problem for 3D fluid-particle interaction model in the so-called Flowing regime with vacuum in
Keywords:
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郑琳, 王术, 李林锐.
Zheng Lin, Wang Shu, Li Linrui.
1 引言
其中:
这里流体压力函数
该模型系统由Carrillo和Goudon推导出来,他们推导出了耦合动力学和流体力学的两种模型[4].所谓的Bubbling Regime和Flowing Regime.对于Bubbling Regime模型[1, 10]表示的是动力学方程的扩散近似;而Flowing Regime模型,描述了强阻力流动机制和强布朗运动.对于Bubbling Regime,已经有了很多结果[8-10, 14, 16].但是对于Flowing Regime模型的相关研究却甚少.当
为简单起见,我们令
初值为
在无穷远处,当
这里,常向量
在接下来的定理中,为了证明
初值为
边界条件为
且满足以下假设
在全篇文章中,我们做一些符号的注释(文献[18]中有详细的说明).
(1)
(2)
(3)
(4)
定理1.1 假设
这里
对于
2 线性方程组的先验估计
为了证明定理1.1,我们考虑以下线性方程组
在
这里
注2.1 当
首先,我们有一个在初值是正时,解的存在性结果.可以参看文献[18]中的引理3.1.
引理2.1 令
则存在时间
对于常数
接下来,我们推导出
我们假设存在一个常数
这里
对于时间
我们给出下面
引理2.2[18, Lemma 3.2] 对于
这里
引理2.3 对于
这里
证 把(2.3)式乘
同文献[18]类似的方法,由引理2.2, (2.9)-(2.12)式和Sobolev嵌入,我们得到(2.13)式的各项估计
(2.13)式关于
由Gronwall不等式和(2.19)式,我们得到
对于
(2.3)式重新写为
由
则有
对于
引理2.4 对于
这里
证 (2.3)式关于时间
(2.24)式乘
接下来,我们对(2.25)式逐项估计.首先,由引理2.2和Cauchy不等式,我们有
且由(2.1)式, Hölder不等式和Cauchy不等式,有
这里
把(2.26)-(2.29)式代入(2.25)式,选择
对于
另一方面,由
有
(2.30)式关于时间
由Gronwall不等式,有
对于
由(2.22)式有
由(2.20)式的正则性,我们有
则对于
证毕.
引理2.5 对于
证 (2.24)式乘
利用文献[18]的同样方法,我们有
由(2.1)式,我们有
把估计(2.38)-(2.42)代入(2.37)式,由(2.33)式,我们有
这里
利用引理2.2,引理2.4和(2.32)式,很容易可以得到
和
(2.43)式关于时间在
对于
由(2.35)式和(2.45)式,有
由下面正则性
则对于
同样地对于
证毕.
由引理2.2-2.5,我们可以得到对于
这里
我们有以下估计
3 线性方程在$\mathbb{R}^{3}$ 的解
线性系统(2.1)-(2.4)初边值问题的局部解在区域
引理3.1 令
则方程(2.1)-(2.4)的初边值问题有唯一解
证 令
对于
令
且通过定义
由相容性条件,我们可以得到
我们解决(3.9)式的等式右边如下
这里
则有
把估计式(3.11)-(3.12)代入(3.10)式中并结合(3.9)式,我们有
这里,当
同样地,我们有
由
由极限的唯一性,有
利用(3.13)和(3.9)式,可以得到以下弱收敛
由(3.14)和(3.15)式有以下强收敛
综合以上,我们可知每个序列
接下来,为了证明引理3.1,我们构造下面近似问题
对于
由
结合(2.8), (3.1)-(3.4), (3.8)和(3.23)式,我们知这里存在一个足够的数
且
由下半连续性知
接下来,我们讲证明
由(3.6), (3.8)和(3.25)式,知
最后,由Lions-Aubin引理,有
由(2.1)式, (2.2)式和文献[18]中的引理2.1,我们有
初边值条件为(1.14)和(1.15)式时方程(2.1)-(2.4)的解唯一性很容易得证,这里略去.
4 主要结果的证明
为了证明定理1.1,我们首先考虑下面热方程
由相容性条件有
由
且
定义
这里我们选择仅依赖于
由(4.1)式知
结合(2.48)-(2.51)式和(4.3)-(4.6)式,我们有
下面我们由
这里
接下里,我们需要证明全序列
这里
把(4.9)式乘
利用(4.8)式知
对于
同样地对于
这里
把(4.9)式乘sgn
上式乘
对于
同样地,我们有
对于
我们把(4.11)式乘
利用Hölder不等式, Cauchy不等式, Sobolev不等式和(4.8)式,有
把估计式
这里
令
注意
由Granwall不等式有
选择足够小的
由(4.22)-(4.23)式推出
对于
这样意味着
因此,我们得到
因此,当
由引理3.1,我们可以取一个
所以,我们得到以下结果
定理4.1 在(1.16)式的条件下,进一步假设以下相容性条件
对于
因此,为了证明定理1.1,我们只需证明
(4.31)式乘
即
对于
参考文献
Strongly degenerate parabolic-hyperbolic systems modeling polydisperse sedimentation with compression
,
A modeling of biospray for the upper airways
,
Large eddy simulation of droplet dispersion for inhomogeneous turbulent wall flow
,DOI:10.1016/j.ijmultiphaseflow.2005.10.005
Stability and asymptotic analysis of a fluid-particle interaction model
,DOI:10.1080/03605300500394389 [本文引用: 2]
Global classical large solutions to a 1D fluid-particle interaction model:The bubbling regime
,
Strong solutions to a 1D fluid-particle interaction non-newtonian model:The bubbling regime
,
On the dynamics of a fluid-particle interaction model:the bubbling regime
,DOI:10.1016/j.na.2010.12.031 [本文引用: 2]
On the existence of globally defined weak solutions to the Navier-Stokes equations of compressible isentropic fluids
,
Large-time behavior of solutions to the Navier-Stokes equations of compressible flow
,
Weakly dissipative solutions and weak-strong uniqueness for the Navier Stokes Smolunchowski system
,
Viscous and inviscid models in fluid-particle interaction
,DOI:10.4310/CIS.2013.v13.n1.a2
On classical solutions of the compressible Navier-Stokes equations with nonnegative initial densities
,DOI:10.1007/s00229-006-0637-y [本文引用: 8]
Unique solvability of the initial boundary value problems for compressible viscous fluids
,DOI:10.1016/j.matpur.2003.11.004
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