带弱阻尼Navier-Stokes方程拉回吸引子的收敛性
The Convergence of Pullback Attractors for Navier-Stokes Equations with Weak Damping
Received: 2021-10-26
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作者简介 About authors
曹洁,E-mail:
黄兰,E-mail:
The long-time behavior of solution to Navier-Stokes equations with weak damping is studied in this paper. With some assumptions on the external force and initial datum, the global wellposedness and regularity of weak solution are proved by Galerkin method, and the existence and convergence of pullback attractors are established finally.
Keywords:
本文引用格式
曹洁, 黄兰, 苏克勤.
Cao Jie, Huang Lan, Su Keqin.
1 引言
本文研究如下二维带弱阻尼不可压Navier-Stokes方程的初边值问题
其中
当
到目前为止, 当
(1) 利用Galerkin方法和紧性理论去验证系统解的适定性和正则性;
(2) 基于解的适定性, 通过验证过程
2 基本定义及结论
定义2.1 对任意的
则称
定义2.2 若对任意的
则称集合族
定义2.3 已知
定理2.1 已知
称为过程
下面, 我们给出一种验证拉回渐近紧的方法, 具体可参考文献[12].
定理2.2 假设过程可分解为
则过程
为了研究拉回吸引子
定义2.4 已知
上的函数. 若对任意
则称
定义2.5 若
则称
定理2.3 已知
(
(
(
则当
以下结论是条件(
引理2.1 已知
上的收缩函数
则对任意的
3 预备知识
记
Stokes算子
仍然用
对任意的
其中,
其它性质可参见文献[14].
定义3.1 对任意的
则称
记
4 解的适定性及正则性
假设
定理4.1 已知
证 首先运用Galerkin方法定义
此时
a.e.
在(4.2)式两端乘以
i.e.
进而
将(4.5)式从
由(4.3)和(4.6)式可知
又因
i.e.,
根据Aubin-Lions定理, 存在子列
可证
下面讨论解的唯一性及关于初值的连续依赖性. 不妨设
(4.7)式减(4.8)式, 令
将(4.9)式两端乘以
i.e.,
结论得证.
基于解的整体适定性, 可定义系统(1.1)在
定理4.2 已知
证 由(4.2)式可得
利用Sobolev不等式, Hölder不等式及Young不等式, 得到
i.e.
即
(4.12)式两端在
与(4.3)式相似, 还可推出
进而
将(4.15)式两端在
进而
选取
则
可知在任意闭区间
进而由(4.13)和(4.15)式得到
因为
进而存在另一子列
结论得证.
5 拉回吸引子的存在性
定理5.1 已知
其中
证 第一步
(3.3)式两端乘以
进而
上式两端在
及
即拉回吸收集
若
存在
第二步 过程
令
分别满足
和
(5.3)式乘以
由Gronwall不等式可知
从而对任意的
(5.4)式两端乘以
i.e.
利用Gronwall不等式及定理4.2可得
因为
相应地, 也可证明由系统(1.2)生成的过程
6 吸引子的上半连续性
下面, 我们讨论拉回吸引子
引理6.1 已知
证 不妨假设
和
令
(6.3)式两端乘以
进而
由Gronwall不等式可知
即
引理6.1得证.
引理6.2 对任意的
证 根据拉回吸引子
且由定理5.1可知
在定理5.1中已证得对任意的
进而
即, 当
引理6.2结论得证.
引理6.3 对任意的
证 对任意的
则
和
则有
令
(6.6)式两端乘以
i.e.
另外
上式两端在
i.e.
由定理4.1可知
根据定理4.1结论, 有
及
因为序列
记
则对任意的
上的收缩函数, 引理6.3结论得证.
基于引理6.1, 引理6.2和引理6.3, 上半连续的充分条件(
定理6.1 已知
参考文献
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Long-time dynamics for a non-autonomous Navier-Stokes-Voigt equation in Lipschitz domains
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