一般Darcy-Forchheimer问题的块中心有限差分法

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多孔介质中的流体在低速度、小孔隙、可渗透的条件下流动时,Darcy速度和压力的梯度满足简单的线性关系,即Darcy定律;当流体的流速持续变高时,流体流动为湍流时,Darcy速度与压力梯度之间为非线性关系,此时要用一般Darcy-Forchheimer方程来描述。本论文即研究用块中心有限差分法解决矩形区域上带有Neumann边界条件的一般Darcy-Forchheimer司题。一维区域Ω=(0,1)上带有Neumann边界条件的一般Darcy-Forchheimer司题的模型为:相容性条件为:二维矩形区域Ω=(0,1)×(0,1)上带有Neumann边界条件的一般Darcy-Forchheimer问题的模型为:相容性条件为:文中利用Taylor展开对方程近似估计,得到块中心有限差分方法的数值格式,证明该格式解的存在唯一性。并且推出在特定的数值积分意义下,块中心有限差分格式等价于混合有限元方法。然后证明了:一般Darcy-Forchheimer模型在真解充分光滑时,速度和压力的近似解在离散L2模意义下是二阶收敛的。最后利用数值实验得到块中心有限差分法在非均匀网格上是二阶收敛的,验证了理论结果的正确性。
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