迁移率互异的可压电扩散模型的拟中性极限
Quasi-Neutral Limit of Compressible Electro-Diffusion System with the Different Mobilities
通讯作者:
收稿日期: 2022-03-21 修回日期: 2022-08-5
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Received: 2022-03-21 Revised: 2022-08-5
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作者简介 About authors
贺金满,E-mail:
该文应用 Sobolev 嵌入不等式、Green 公式以及加权的能量方法, 研究了电解液中迁移率互异的可压电扩散模型(Planck-Nernest-Poisson-Navier-Stokes) 的拟中性极限.
关键词:
In this paper, by using the Sobolev inequality, the Green formula coupling and the elaborate energy method, we study the quasi-neutral limit of compressible Planck-Nernest-Poisson-Navier-Stokes(PNPNS) system with the general mobilities of two kinds of charges, which arises in the electro-hydrodynamics.
Keywords:
本文引用格式
姜利敏, 贺金满.
Jiang Limin, He Jinman.
1 引言
初始条件
其中
应用公式
方程(1.4)可以简化为
假设, 当
初始条件为
其中
该文主要研究迁移率互异的不可压PNPNS(1.1)-(1.6)的拟中性极限,并假设两个迁移率
该文通过奇异摄动理论中的渐近匹配展开和加权的能量估计证明该文的结论. 该文的一个技巧是应用
其中
另外, 为给出关于
和
其中
2 误差方程和定理
令
把(2.1)式代入系统(1.1)-(1.3),(1.5),(1.9)式. 并应用方程(1.10)-(1.14), 可得
初始条件
引入密度变换
应用公式
为简化系统的写法, 引入记号
那么系统(2.2)-(2.7)可以等价的简化为
初始条件
形式上当
初始条件
易证系统(1.1)-(1.6)和系统(2.12)-(2.16), 以及极限系统(1.10)-(1.15)和(2.17)-(2.21)式的等价性,此处省略证明过程.
下面给出该文的主要结论.
定理2.1 假设函数
和
成立. 那么系统(2.12)-(2.16)存在唯一光滑解
成立.
3 能量估计
下面应用能量估计证明定理2.1.
为了简化符号, 引入
定理3.1 在定理 2.1的假设下, 有
证 在系统(2.12)-(2.14)两端分别乘以
对不等式(3.3)关于
注3.1 定理3.1与定理3.2的证明类似, 此处省略该定理的证明.
定理3.2 在定理 2.1的假设下, 有
证 对方程(2.12)关于
估计方程(3.5)右端各项. 对于线性项, 应用Cauchy-Schwarz 不等式, Sobolev嵌入定理, 线性项可以被(3.6)式控制
对于非线性项, 有
应用不等式(3.5)-(3.9), 可得
对方程(2.13)关于
估计(3.11)式右端各项. 对于线性项, 应用Cauchy-Schwarz不等式, Sobolev嵌入定理,
对于非线性项, 应用Cauchy-Schwarz不等式和Sobolev嵌入不等式, 有
那么, 由不等式(3.11)-(3.15), 并限制
对(2.13)式关于
由于方程(3.17)与方程(3.11)完全类似, 因此, 同理可得
对方程(2.14)关于
估计方程(3.19)右端各项. 线性项可以被(3.20)式控制
对于非线性项, 应用Cauchy-Schwarz不等式, Sobolev嵌入不等式, 见文献[4], 有
联合不等式(3.19)-(3.21), 并应用不等式(3.22),有
其中
联合
定理3.3 估计
注3.2 不等式(3.25)可由不等式(3.3)和Green公式得到, 此处省略其证明.
定理3.4 在定理 2.1的假设下, 有
证 在方程(2.12)-(2.14)两边分别乘以
在区间
定理3.5 在定理 2.1的假设下, 有
证 对方程(2.12)关于
估计方程(3.29)右端各项. 对于线性项, 应用Cauchy-Schwarz不等式, Sobolev嵌入定理, 见文献[4], 线性项可由(3.30)式控制
对于非线性项,有
联合不等式(3.29)-(3.33), 有
对方程(2.13)两端关于
估计方程(3.35)右端各项. 对线性项应用Cauchy-Schwarz不等式, Green公式以及Sobolev嵌入不等式,
对非线性项, 应用Cauchy-Schwarz不等式和Green公式, 有
联合不等式(3.35)-(3.39), 并假设
对方程(2.13)关于
由于方程(3.41)与方程(3.35)完全类似, 同理可得
对方程(2.14)关于
估计方程(3.43)右端各项. 对线性项应用Cauchy-Schwarz不等式以及Sobolev嵌入定理, 线性项可由(3.44)式控制
对非线性项, 应用方程(2.15)的导数, Cauchy-Schwarz不等式Sobolev嵌入定理, 有
联合不等式(3.43)-(3.45), 并应用不等式(3.46)
其中
联合
定理3.6 估计
注3.3 不等式(3.49)可由不等式(3.26)和 Green公式而得.
4 证明定理
在定理的假设下, 由标准的椭圆正则性理论, 有
由
应用不等式(4.5), 并计算(3.2)+
其中
不等式(4.6)是一个
定理4.1 假设
其中
成立.
注4.1 此定理的证明类似于文献[引理10], 此处省略其证明.
按照初值的假设, 易知(4.8)式成立, 应用定理3.5, 知不等式(4.9)成立. 由(4.9)式, 可得不等式(2.24). 定理得证.
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Quasi-neureal limit of a time dependent drift-diffusion-Poisson model for p-n junction semiconductor devices
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