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求解时间分数阶Navier-Stokes方程的半解析方法。 (英语) 兹比尔1481.76066

摘要:在本文中,提出了用最优同伦渐近方法(OHAM)求解时间分数阶Navier-Stokes方程在Caputo分数阶导数下的半解析解。上述技术可以精确地逼近所需的解,因此被称为半解析法。OHAM的主要优点是它不需要任何小扰动、线性化或离散化,也不需要许多计算量的减少。在这里,通过将粘性流体在受流场控制的管中的一维运动的两个应用,通过使用Caputo意义下的分数阶导数将其转换为柱坐标下的时间分数阶Navier-Stokes方程,证明了该方法的可靠性和有效性。对于第一个问题,OHAM提供了精确解,而对于第二个问题,与精确解相比,它对解进行了高度精确的数值近似。OHAM的仿真结果与解析方法和数值方法的比较表明,该方法是一种有效的模拟时间分数型Navier-Stokes方程解的方法。

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第76天05 不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程
76M45型 渐近方法,奇异摄动在流体力学问题中的应用
26A33飞机 分数导数和积分
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全文: 内政部

参考文献:

[1] Bistafa,S.R.,《关于Navier-Stokes方程的发展》,Revista Brasileira de Ensino de Física,40,2,12(2018)
[2] Hilfer,R.,《分数微积分在物理学中的应用》(2000),新加坡:世界科学出版社,新加坡·Zbl 0998.26002号 ·doi:10.1142/3779
[3] Das,S.,函数分数微积分(2011),柏林,海德堡:施普林格-柏林-海德堡,柏林·Zbl 1225.26007号 ·doi:10.1007/978-3-642-20545-38
[4] Oldham,K.,《电化学中的分数微分方程》,工程软件进展,41,1,9-12(2010)·Zbl 1177.78041号 ·doi:10.1016/j.advengsoft.2008.12.012
[5] Tarasov,V.E.,《分数动力学:分数微积分在粒子、场和介质动力学中的应用》(2011),Springer Science&Business Media
[6] Matušu,R.,分数阶微积分在控制理论中的应用,国际应用科学数学模型和方法杂志,5,7,1162-1169(2011)
[7] 梅拉诺夫,R.P。;Magomedov,R.A.,分数阶微积分中的热力学,《工程物理和热物理杂志》,87,6,1521-1531(2014)·doi:10.1007/s10891-014-1158-2
[8] 梅拉尔,F。;罗伊斯顿,T。;Magin,R.,粘弹性中的分数微积分:一项实验研究,非线性科学与数值模拟通信,15,4,939-945(2010)·兹比尔1221.74012 ·doi:10.1016/j.cnsns.2009.05.004
[9] Abdulwahhab,O.W。;Abbas,N.H.,双转子气动系统分数阶PID控制器的新调整方法,《阿拉伯科学与工程杂志》,42,12,5179-5189(2017)·Zbl 1390.93548号 ·doi:10.1007/s13369-017-2629-5
[10] 姜瑜。;张,B。;舒,X。;Wei,Z.,阶数大于1的分数阶自治电路,高级研究杂志,25217-225(2020)·doi:10.1016/j.jare.2020.05.005
[11] 刘,F。;Burrage,K.,生物系统分数动力学模型参数估计的新技术,计算机与数学与应用,62,3822-833(2011)·Zbl 1228.93114号 ·doi:10.1016/j.camwa.2011.03.002
[12] Ali Shah,N。;维埃鲁,D。;Fetecau,C.,分数阶和磁场对圆柱形区域血流的影响,《磁性和磁性材料杂志》,409,10-19(2016)·doi:10.1016/j.jmmm.2016.02.013
[13] Can,新罕布什尔州。;贾法里,H。;Ncube,M.N.,《数据拟合中的分数微积分》,《亚历山大工程杂志》,59,5,3269-3274(2020)·doi:10.1016/j.aej.2020.09.002
[14] 莫马尼,S。;Odibat,Z.,用Adomian分解法解析时间分数阶Navier-Stokes方程,应用数学与计算,177,2488-494(2006)·Zbl 1096.65131号 ·doi:10.1016/j.amc.2005.11.025
[15] Liao,S.J.,《关于非线性问题的拟同伦分析技术及其应用》,[博士论文](1992),中国上海:上海交通大学,中国上海
[16] He,J.,《依赖人工参数的近似求解技术:一个特例》,《非线性科学和数值模拟中的通信》,3,2,92-97(1998)·Zbl 0921.35009号 ·doi:10.1016/S1007-5704(98)90070-3
[17] 甘吉,D.D。;Rafei,M.,用同伦摄动法求解广义Hirota-Satsuma耦合KdV方程的孤立波解,《物理学快报》a,356,2,131-137(2006)·Zbl 1160.35517号 ·doi:10.1016/j.physleta.2006.03.039
[18] 卢·D。;Liu,J.,同伦分析方法在求解变系数KdV-Burgers方程中的应用,抽象与应用分析,2014(2014)·Zbl 1472.35337号 ·doi:10.1155/2014/309420
[19] 西迪基,A.M。;Irum,S。;Ansari,A.R.,用同伦摄动法求解平行板之间粘性流体的非定常压缩流动,数学建模与分析,13,4,565-576(2008)·Zbl 1156.76062号 ·doi:10.3846/1392-6292.2008.13.565-576
[20] Marinca,V.公司。;Herisanu,N.,最优同伦渐近方法在求解传热非线性方程中的应用,《国际传热传质通讯》,35,6,710-715(2008)·doi:10.1016/j.icheatmassstransfer.2008.02.010
[21] 北赫里萨努。;马里卡,V。;多尔迪亚,T。;Madescu,G.,《电机非线性振动的新分析方法》,罗马尼亚科学院院刊,A辑,9,3229-236(2008)
[22] 马里卡,V。;Herisanu,N.,用最优同伦渐近方法确定旋转抛物线上粒子运动的周期解,《声音与振动杂志》,329,9,1450-1459(2010)·doi:10.1016/j.jsv.2009.11.005
[23] 北赫里萨努。;Marinca,V.,利用最优同伦渐近方法对具有不连续性和分数次幂恢复力的振荡器的精确解析解,计算机与数学及其应用,60,6,1607-1615(2010)·Zbl 1202.34072号 ·doi:10.1016/j.camwa.2010.06.042
[24] 马里卡,V。;Herişanu,北卡罗来纳州。;博塔,C。;Marinca,B.,应用于四级流体通过多孔板稳态流动的最优同伦渐近方法,《应用数学快报》,22,2,245-251(2009)·Zbl 1163.76318号 ·doi:10.1016/j.aml.2008.03.019
[25] 库马尔,S。;库马尔,D。;Abbasbandy,S。;Rashidi,M.M.,用改进的拉普拉斯分解法解析分数阶Navier-Stokes方程,Ain Shams工程杂志,5,2,569-574(2014)·doi:10.1016/j.asej.2013.11.004
[26] Prakash,A。;Prakasha,D.G。;Veeresha,P.,通过拉普拉斯变换求解时间分数阶Navier-Stokes方程的可靠算法,非线性工程,8,1,695-701(2019)·doi:10.1515/nleng-2018-0080
[27] 库马尔,D。;辛格,J。;Kumar,S.,粘性流体非定常流动中Navier-Stokes方程的分数模型,阿拉伯大学基础与应用科学协会杂志,17,1,14-19(2015)·doi:10.1016/j.jaubas.2014.01.001
[28] 王凯。;Liu,S.,用变换方法分析时间分数阶Navier-Stokes方程,差分方程进展,2016,1(2016)·Zbl 1419.35230号 ·doi:10.1186/s13662-016-0783-9
[29] Maitama,S.,用自然同伦摄动法解析时间分数阶Navier-Stokes方程,分数阶微分与应用进展,4,2,123-131(2018)·doi:10.18576/pfda/040206
[30] Albohimad,B.K.,用Elzaki变换和同伦摄动法分析分数阶Navier-Stokes模型的技术,AIP会议论文集,2144,第050002(2019)条·doi:10.1063/1.5123118
[31] N.A.Khan。;Ara,A。;阿里,S.A。;Mahmood,A.,《使用He同伦摄动和变分迭代方法对分数阶Navier-Stokes方程的分析研究》,《非线性科学与数值模拟国际期刊》,10,9,1127-1134(2009)·doi:10.1515/IJNSNS.2009.10.9.1127
[32] Kilbas,A.A。;Srivastava,H.M。;Trujillo,J.J.,分数阶微分方程的理论与应用,北荷兰数学研究,204(2006),阿姆斯特丹:爱思唯尔,阿姆斯特丹·Zbl 1092.45003号
[33] 伊克巴尔,S。;Idrees,M。;西迪基,A.M。;Ansari,A.R.,《使用最佳同伦渐近方法求解线性和非线性Klein-Gordon方程的一些解》,应用数学与计算,216,10,2898-2909(2010)·Zbl 1193.35190号 ·doi:10.1016/j.amc.2010.04.001
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