×

广义变系数分数阶反应扩散方程的高阶格式及其误差分析。 (英语) Zbl 07789794号

摘要:在这份手稿中,我们开发并分析了两个高阶方案{CFD}(计算流体力学)_{g-\sigma}\)和\(\mathrm{PQS}_{g-\sigma}),用于广义变系数分数反应扩散方程。广义分数导数由一个权函数和一个标度函数表示。我们使用广义Alikhanov公式(gL2-{1}_{\sigma})\),其中\(\mu\)(\(0<\mu<1))表示广义分数导数的阶。此外,对于空间离散化,我们在\(\mathrm)中使用紧致运算符{CFD}(计算流体力学)_{g-\sigma}格式与(mathrm)中的参数五次样条{PQS}_{g-\sigma}\)方案。文中用离散能量法对两种格式的稳定性和收敛性进行了详细的分析{五十} _2\)-标准。结果表明{CFD}(计算流体力学)_{g-\sigma}\)和\(\mathrm{PQS}_{g-\sigma}\)方案分别是\(O\ left(\Delta{t}^{3-\mu},\tilde{\Delta}{t}^2,{h}^4\right)和\(O\left(\ Delta{t}^3-\mu},\ tilde{Delta}{t}2,{h}^ 4.5}\right是空间方向上的网格间距。此外,对三个试验问题进行了数值计算,以验证理论,并证明了所提方案的有效性和优越性。
©2023 John Wiley&Sons有限公司。

MSC公司:

6500万06 含偏微分方程初值和初边值问题的有限差分方法
65个M12 含偏微分方程初值和初边值问题数值方法的稳定性和收敛性
65M70型 偏微分方程初值和初边值问题的谱、配置及相关方法
35升11 分数阶偏微分方程
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: DOI程序

参考文献:

[1] A.A.Kilbas、H.M.Srivastava和J.J.Trujillo,分数阶微分方程的理论和应用,第204卷,埃尔塞维尔,2006年·Zbl 1092.45003号
[2] K.S.Miller和B.Ross,《分数微积分和分数微分方程导论》,Wiley,1993年·Zbl 0789.26002号
[3] F.Mainardi和A.Carpinti,《连续介质力学中的分形和分数微积分》,Springer,1997年·Zbl 0917.73004号
[4] A.Singh和S.Kumar,时间分数电报方程的收敛指数B样条配置方法,计算。申请。《数学42》(2023年),第2期,第79页·Zbl 1505.65250号
[5] J.A.T.M.J.Sabatier、O.P.Agrawal和JATMachado,分数阶微积分的进展:物理和工程的理论发展和应用,第4卷,Springer,2007年·Zbl 1116.00014号
[6] C.Ionescu、A.Lopes、D.Copot、JATMachado和J.H.T.Bates,分数微积分在建模生物现象中的作用:综述,Commun。非线性科学。数字。模拟51(2017),141-159·Zbl 1467.92050号
[7] A.S.El‐Karamany和M.A.Ezzat,关于分数热弹性,数学。机械。固体16(2011),第3期,334-346·Zbl 1269.74055号
[8] Y.Povstenko,科学家和工程师的线性分数阶扩散波方程,Springer,2015年·Zbl 1331.35004号
[9] S.‐B.公司。Chen、H.Jahanshahi、O.A.Abba、J.E.Solís‐Pérez、s.Bekiros、J.F.Gómez‐Aguilar、A.Yousefpour和Y.‐M。Chu,《从分数微积分的角度看市场信心对金融系统的影响:数值研究和电路实现》,《混沌,孤子分形》,140(2020),110223·Zbl 1495.91135号
[10] P.Veeresha、D.G.Prakasha和S.Kumar,使用非奇异导数传播经典光孤子的分数模型,2020年。应用科学中的数学方法。
[11] S.Kumar、R.Kumar,C.Cattani和B.Samet,分数捕食动力学系统的混沌行为,混沌,孤子分形135(2020),109811·Zbl 1489.92119号
[12] D.Baleanu、M.Jleli、S.Kumar和B.Samet,具有两个奇异核的分数阶导数及其在热传导问题中的应用,Adv.Differ。方程.2020(2020),1-19·Zbl 1482.26005号
[13] D.Baleanu、A.Jajarmi、H.Mohammadi和S.Rezapour,《利用Caputo-Fabrizio分数导数对人类肝脏进行数学建模的新研究》,《混沌,孤子分形》134(2020),109705·Zbl 1483.92041号
[14] K.Khari和V.Kumar,解决非线性奇摄动反应扩散问题的有效数值技术,J.Mathe。《化学》60(2022),第7期,1356-1382·Zbl 1502.65226号
[15] J.Crank,《扩散数学》,牛津大学出版社,1979年·Zbl 0427.35035号
[16] J.De Wilde和G.F.Froment,《化学反应器分析和设计中的计算流体动力学:在ZoneFlow反应器中甲烷蒸汽重整的应用》,Fuel100(2012),48-56。
[17] H.Y.Alfifi,空间异质环境下扩散时滞logistic种群模型的稳定性和Hopf分歧分析,应用。数学。计算408(2021),126362·Zbl 1510.35139号
[18] K.Seki、M.Wojcik和M.Tachiya,分数反应扩散方程,化学杂志。Phys.119(2003),第4期,2165-2170。
[19] A.Jajarmi、D.Baleanu、S.S.Sajjadi和J.J.Nieto,正则化
[(Psi\]\)‐希尔弗分数导数,J.Compute。申请。数学415(2022),114476·Zbl 1505.26017号
[20] O.P.Agrawal,一些广义分数阶微积分算子及其在积分方程中的应用,分形。计算应用程序。分析15(2012),第4期,700-711·Zbl 1312.26010号
[21] M.‐H.公司。Kim,G.‐C。Ri和O.Hyong‐Chol,用广义分数导数求解多项分数微分方程的运算方法,Fract。计算应用程序。分析17(2014),第1期,79-95·Zbl 1312.34018号
[22] Xu Y.,Z.He,O.P.Agrawal,新广义分数阶扩散方程的数值解和解析解,计算。数学。申请66(2013),第10号,2019-2029年·Zbl 1350.65091号
[23] X.Li和P.J.Y.Wong,广义分数次扩散问题的gWSGL数值格式,Commun。非线性科学。数字。模拟82(2020),104991·Zbl 1451.65127号
[24] X.Li和P.J.Y.Wong,求解一类广义时间分数阶扩散方程的Gl 1格式,《数学》10(2022),第8期,1219。
[25] X.Li和P.J.Y.Wong,广义Alikhanov近似和广义分数次扩散方程的数值处理,Commun。非线性科学。数字。模拟97(2021),105719·Zbl 1471.65107号
[26] Y.Xu和O.P.Agrawal,新广义分数Burgers方程的数值解和扩散分析,分形。计算应用程序。分析16(2013),第3期,709-736·Zbl 1312.65141号
[27] Xu Y.,Z.He,Q.Xu,带一种新的广义分数导数的分数阶对流扩散方程的数值解,国际计算杂志。数学91(2014),第3期,588-600·Zbl 1296.65101号
[28] M.A.Dablain,《高阶差分在标量波动方程中的应用》,《地球物理学》51(1986),第1期,第54-66页。
[29] H.‐L.公司。廖振中。Sun和H.‐S。Shi,线性薛定谔方程四阶紧致格式的误差估计,SIAM J.Numer。分析47(2010),第6期,4381-4401·Zbl 1208.65130号
[30] M.Cui,分数扩散方程的紧致有限差分法,J.Comput。Phys.228(2009),第20期,7792-7804·兹比尔1179.65107
[31] G.Gao和Z.Sun,分数次扩散方程的紧致有限差分格式,J.Compute。Phys.230(2011),第3期,586-595·Zbl 1211.65112号
[32] M.Ran和C.Zhang,求解四阶时间分数次扩散方程的新紧差分格式,应用。数字。数学129(2018),58-70·Zbl 1393.65015号
[33] S.Sumit、S.Kumar和M.Kumar,奇异摄动反应扩散问题的均匀网格上非单调格式的最优四阶参数一致收敛性,国际计算杂志。数学99(2022),第8期,1638-1653·Zbl 1513.65240号
[34] L.L.Ferrás、N.Ford、M.L.Morgado和M.Rebelo,分数阶常微分方程组的高阶方法及其在时间分数阶扩散方程中的应用,数学。计算。科学.15(2021),第4期,535-551·兹比尔07456789
[35] S.Kumar和J.Vigo‐Aguiar,使用网格等分布求解奇摄动时间相关问题的高阶收敛数值方法,数学。计算。模拟199(2022),287-306·Zbl 07538462号
[36] S.C.S.Rao和S.Kumar,奇异摄动半线性反应扩散问题重叠Schwarz方法的鲁棒高阶收敛性,J.Compute。数学.2013(2013),509-521·Zbl 1299.65213号
[37] S.C.S.Rao和S.Kumar,奇摄动反应扩散方程耦合系统的几乎四阶一致收敛区域分解方法,J.Compute。申请。《数学235》(2011),第11期,3342-3354·Zbl 1221.65179号
[38] V.Gupta、M.Kumar和S.Kumar,时变奇摄动差分对流扩散方程的高阶数值近似,Numer。方法部分差异。等式34(2018),编号1,357-380·Zbl 1395.65017号
[39] S.Kumar和M.Kumar,奇摄动时滞抛物型偏微分方程的高阶参数一致离散化,计算。数学。申请68(2014),第10号,1355-1367·Zbl 1367.35019号
[40] S.Jator和Z.Sinkala,线性边值问题的高阶B样条配置方法,应用。数学。计算191(2007),第1期,100-116·Zbl 1193.65126号
[41] R.C.Mittal和G.Arora,Kuramoto-Sivashinsky方程数值解的五次B样条配点法,Commun。非线性科学。数字。Simul.15(2010),第10期,2798-2808·Zbl 1222.65110号
[42] F.‐G.公司。Lang和X.-P。徐,二阶混合边值问题的五次B样条配点法,计算。物理学。社区183(2012),编号4,913-921·Zbl 1264.65123号
[43] A.Khan、M.A.Noor和T.Aziz,求解四阶边值问题系统的参数五次样条方法,J.optim。《理论应用》122(2004),第2期,309-322·Zbl 1092.65062号
[44] S.M.Hosseini和R.Ghaffari,分数次扩散方程的多项式和非多项式样条方法,应用。数学。型号38(2014),编号14,3554-3566·Zbl 1427.65168号
[45] T.S.El‐Danaf和A.R.Hadhoud,一次性分数Burgers方程解的参数样条函数,应用。数学。模型36(2012),第10期,4557-4564·Zbl 1252.65175号
[46] X.Li和P.J.Y.Wong,分数次扩散问题的高阶非多项式样条方法,J.Compute。《物理学》第328卷(2017年),第46-65页·Zbl 1406.65097号
[47] A.Khan和T.Sultana,六阶两点边值问题的参数五次样条解,Filomat26(2012),第6期,1233-1245·Zbl 1289.65163号
[48] A.Khan和T.Sultana,三阶边值问题的参数五次样条解,国际计算杂志。Math.89(2012),第12期,1663-1677·Zbl 1255.65139号
[49] X.Li和P.J.Y.Wong,二维分数次扩散问题中的非多项式样条方法,应用。数学。计算357(2019),222-242·Zbl 1429.65250号
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。