具有电磁耦合效应的可压缩流体力学方程组解的适定性及大时间渐近行为

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:HZ8081
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现代流体力学中的偏微分方程理论发展迅速,已成为国际数学物理界研究的一个热点课题,而定解问题是这个热点课题的主要研究内容之一.这篇论文在初始密度不具真空情形下,探究了具有电磁耦合效应的可压缩流体力学方程组强解在临界Besov空间的Lp框架下的适定性及衰减性问题.确切地说,我们基于Littlewood-Paley分解和尺度不变性,降低了初值所在空间的正则性,改进了在Sobolev空间中已有的一些结果.论文共分六章,其中第一章是绪论部分,主要介绍该课题的研究背景以及已取得的一些研究成果.第二章是预备知识,简单回顾了 Littlewood-Paley分解、Besov空间的定义及相关分析工具.第三章,第四章及第五章分别研究等熵可压缩磁流体力学(简称MHD),等熵可压缩Navier-Stokes-Poisson和非等熵可压缩Navier-Stokes三个模型,最后一章是结论与展望.MHD方程组是用来描述导电流体在磁场中运动的一个经典模型,它是由可压缩Navier-Stokes方程组与不可压缩磁场方程耦合而成的.第三章主要研究了粘性系数依赖于密度的等熵可压缩MHD方程组在全空间Rd(d ≥2)上的Cauchy问题.具体地说,首先,我们将该方程组重写为Lagrangian坐标下的方程组,通过运用Banach不动点定理和流的估计,证明了大强解在临界Besov空间的Lp框架下的局部存在性和唯一性.其次,当初值在常数平衡态附近扰动时,利用标准能量方法和有效速度(也称Hoff有效粘性流),我们建立了强解的整体适定性,推广了文献[1]在临界Besov空间的L2框架下的结果.最后,我们进一步假设初值的低频属于Besov空间B2,∞-s0(s0(?)2d/p-d/2),利用Fourier分析技术,证明了当t → ∞时,整体强解Lp范数(事实上,稍微较强的Bp,10范数)的时间衰减率为t-d/2p,这与热方程在Lp框架下的时间衰减率(见注记3.9)相同.需要指出的是,这一章的结果对初始速度和磁场具有高振荡的情形也适用,改进了Kawashima[2](1984)博士论文中的结果等熵可压缩Navier-Stokes-Poisson方程组是用来模拟带电粒子在电势力作用下运动的一个基本模型,它是由等熵可压缩Navier-Stokes方程组与Poisson方程耦合而成的.为了简单起见,Chikami和Danchin[3]在全空间Rd(d ≥2)上考虑了粘性系数为常数的情形,证明了强解在临界Besov空间的Lp框架下的整体适定性.在第四章中,我们考虑了粘性系数依赖于密度的情形,研究了整体强解的大时间渐近行为.具体地说,我们首次提出了一般的初值低频正则性假设,即假设初始密度和速度的低频分别在Besov空间B2,∞-s1-1和B2,∞-s1(s1∈(1-d/2,s0])中充分小,利用时间加权能量法和有效速度,建立了时间加权能量不等式,进而得到了强解的最佳时间衰减估计.随后,在相同正则性假设下,运用纯能量方法(独立于谱分析),我们彻底移去了衰减性对初值低频通常的小性要求,得到了强解Lp范数(较强的Bp,10范数)相同的时间衰减率.事实上,由于Poisson势产生了耗散,故密度的时间衰减率比速度的时间衰减率快1/2阶,这与可压缩的Navier-Stokes或MHD方程组是不同的.与第三章类似,这一章的结果对初始速度具有高振荡的情形也适用.在第五章中,我们完善了非等熵可压缩Navier-Stokes方程组强解在临界Besov空间的Lp框架下的时间衰减理论.具体地说,对非等熵可压缩Navier-Stokes方程组,Danchin和Xu[4]考虑了物理系数为常数的情形,提出了一般的初值低频假设,即假设初值的低频在Besov空间B2,∞-s1(s1 ∈[max(0,2-d/2),s0],维数d ≥3)中充分小,证明了当t → ∞时,整体强解Lp范数的衰减率为t-s1/2.在这一章,我们考虑了物理系数依赖于密度的情形,并假设初值的低频属于更一般的Besov空间B2,∞-s1(s1∈(1-d/2,s0])且充分小,运用时间加权能量法和Besov空间中的非经典乘积估计,证明了当t → ∞时,强解Lp范数的最佳时间衰减率为t-s1/2-d/2(1/2-1/p)(特别地,若s1=s0,则t-d/2p),这与热方程解Lp范数的时间衰减率相同.因此,这一章的结果从正则性假设和时间衰减率方面改进了文献[4]的工作.
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