多介质流体动力学系统的弱解
Weak Solutions for the Systems of Multifluid Flows
收稿日期: 2018-07-6
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Received: 2018-07-6
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作者简介 About authors
刘树君,E-mail:
该文研究了多介质流体动力学系统的弱解.包括欧拉坐标下的等熵气体动力学系统和一个河流方程组.相比单介质系统,多介质系统会产生额外的线性退化场,且其对应的粘性系统右边的人工粘性项会在线性退化方向产生奇性.利用线性退化方向的一致BV估计,结合补偿列紧方法和粘性消失法得到了上述系统大初值问题弱解的全局存在性.
关键词:
In this paper, we study the weak solutions for the systems of multifluid flows, which includes the system of isentropic gas dynamics in Eulerian coordinates and a system arising from river flows. There are more linearly degenerate fields compared with single-component system, and singularities in these linearly degenerate fields emerge when considering the corresponding vanishing viscosity system. we obtain the existence of global solutions for the system of multifluid flows by analyzing the uniform BV estimates in linearly degenerate fields, coupled with the compensated compactness method and the vanishing viscosity method.
Keywords:
本文引用格式
刘树君.
Liu Shujun.
1 引言
本文主要研究如下多介质等熵气体动力学方程组
带有界可测初值
如果在系统(1.1)中取
对于多方气体,压强
Nishida和Smoller[3-4]利用Glimm格式得到了
这里我们指出,当
系统(1.1)比系统(1.3)更加复杂,因为此时需要考虑不同介质的密度的初值的振荡沿着线性退化方向的传播.利用线性退化方向的一致BV估计,我们将补偿列紧理论应用到非熵-熵流函数对,避开了线性退化场对应的粘性方程右边产生的奇性,得到了粘性消失解在线性退化方向上的紧性,并且用这一思想研究了如下多介质河流方程组
带有界可测初值
的柯西问题.其中函数
2 多介质等熵气体动力学方程组的弱解
本节我们证明柯西问题(1.1), (1.2)弱解的全局存在性.我们假设其混合密度和压强分别为
其物理背景可以参见文献[2].此外,我们假设其初始密度的振荡是有界的,
经简单计算,系统(1.1)的
其对应的Riemann不变量坐标为
其中
在多介质系统(1.1)的右边添加粘性项,考虑如下抛物型系统
带有界光滑初值
其中
其中
定理2.1 若初值(1.2)是
其中
进一步,存在
我们通过下面三个引理证明定理2.1.
引理2.1 柯西问题(2.5), (2.6)存在全局
证 首先由文献[16]中的定理1.0.2(4)直接可以得到
其中
根据拟线性抛物型方程组局部解的存在性结果,我们只需要得到其粘性解
对(2.5)式的前
将(2.10)式带入(2.5)式的最后一个方程得
分别用
将极值原理应用于(2.12)和(2.13)式可知区域
是柯西问题(2.5), (2.6)的一个正不变区域.结合(2.9)式我们有如下先验估计
其中常数
至此我们得到了粘性解
其中
引理2.2[10] 存在
引理2.3 存在
证 分别在系统(2.5)的第一个和第
由极值原理知
在(2.17)式两边同时对
其中
将(2.19)式两边同时在
在(2.18)和(2.20)式两边令
记
得
即
其中
至此我们已经得到了粘性解
从而对任意给定的试验函数
令
注2.1 考虑如下已经化简过的欧拉方程组
其中
事实上,考虑相应的粘性系统
若
我们记
其中
至此我们得到了粘性解的先验一致
令
3 多介质河流方程组的弱解
本节我们研究多介质河流方程组Cauchy问题(1.4), (1.5)弱解的全局存在性.与上一节一样,考虑相应的抛物型系统
带有界光滑初值
其中
本节的主要结果如下.
定理3.1 若
其中
进一步,存在
证 根据上一节的框架,我们只需要得到粘性解的先验
将(3.5)式代入(3.1)式的最后一个方程得
我们记
分别用
做变换
其中,
以及初值
其中
做变换
其中
以及初边值条件
我们断言
否则假设(3.16)式不成立,令
不失一般性,存在
如果选取
则(3.17)与(3.13)式矛盾,这就证明了(3.16)式.从而对任给的
在上式中令
注3.1 和注2.1一样,考虑如下已经化简过的欧拉方程组
其中
事实上,考虑相应的粘性系统
和注2.1一样
从而
其中
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