×

再版:分数扩散的边界条件。 (英语) 兹伯利06867170

小结:本文利用质量平衡方法推导了分数阶扩散方程的物理意义上的边界条件。给出了数值解,回顾了理论性质,包括适定性解和稳态解。考虑了吸收和反射边界条件,并通过几个例子进行了说明。反射边界条件涉及分数导数。卡普托分数阶导数不适用于分数阶扩散建模,因为由此产生的边值问题不保正。

MSC公司:

35兰特 分数阶偏微分方程
26A33飞机 分数导数和积分
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
82立方31 随机方法(福克-普朗克、朗之万等)应用于含时统计力学问题

软件:

R(右);ma2dfc
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Herrmann,R.,《分数微积分:物理学家导论》(2014),《世界科学:世界科学新加坡》·Zbl 1293.26001号
[2] Klages,R。;氡,G。;Sokolov,I.M.,《异常运输:基础和应用》(2008年),Wiley-VCH:Wiley-VC Weinheim,德国
[3] Mainardi,F.,《线性粘弹性中的分数阶微积分和波:数学模型简介》(2010),《世界科学》·Zbl 1210.26004号
[4] Mainardi,F.,《连续介质力学中的分形和分数微积分》(1997),施普林格出版社:柏林施普林格·Zbl 0917.73004号
[5] 梅茨勒,R。;Klafter,J.,《异常扩散的随机行走指南:分数动力学方法》,《物理学》。代表,339,1,1-77(2000)·Zbl 0984.82032号
[6] 梅茨勒,R。;Klafter,J.,《随机行走末尾的餐厅:用分数动力学描述异常运输的最新进展》,J.Phys。A、 37、31、R161-R208(2004)·2018年5月10日
[7] Podlubny,I.,《分数阶微分方程:分数阶导数导论,分数阶微分方程,求解方法及其一些应用》(1999),学术出版社:加利福尼亚州圣地亚哥学术出版社·Zbl 0924.34008号
[8] Samko,S。;基尔巴斯,A。;Marichev,O.,《分数积分与导数:理论与应用》(1993),Gordon and Breach:Gordon和Breach London·Zbl 0818.26003号
[9] Hilfer,R.,《分数微积分在物理学中的应用》(2000),《世界科学》·兹比尔0998.26002
[10] Magdziarz,M。;沃伦,A。;Weron,K.,《分数福克-普朗克动力学:随机表示和计算机模拟》,《物理学》。E版,75,016708(2007)
[11] Piryatinska,A。;Saichev,A.I。;Woyczynski,W.A.,《异常扩散模型:亚扩散和超扩散情况》,《物理学A》,349,375-424(2005)
[12] Tarasov,V.E.,分数向量微积分和分数麦克斯韦方程,《物理学年鉴》。,323, 2756-2778 (2008) ·兹比尔1180.78003
[13] 戈伦弗洛,R。;Mainardi,F。;Scalas,E。;Raberto,M.(分数微积分和连续时间金融学),III.扩散极限,数学金融(Konstanz,2000)。分数微积分与连续时间金融。三、 扩散极限。数学金融(Konstanz,2000),《数学趋势》。(2001),Birkhäuser:Birkháuser巴塞尔),171-180·Zbl 1138.91444号
[14] Jurlewicz,A。;怀奥曼斯卡,A。;Żebrowski,P.,金融数据Rachev-Rüschendorf模型的耦合连续随机游走方法,《物理A》,388407-418(2009)
[15] Mainardi,F。;拉贝托,M。;戈伦弗洛,R。;Scalas,E.,《分数微积分与连续时间金融II:等待时间分布》,《物理学A》,第287468-481页(2000)
[16] Scalas,E。;戈伦弗洛,R。;Mainardi,F.,分数微积分与连续时间金融,《物理学A》,284376-384(2000)
[17] Scalas,E.,《经济物理学中的五年连续时间随机漫步》(The Complex Networks of Economic Interactions,2006),施普林格出版社:施普林格-柏林出版社),3-16·Zbl 1183.91135号
[18] Barkai,E。;加里尼,Y。;梅茨勒,R.,《活细胞中单分子的奇怪动力学》,《物理学》。今天,65,29(2012)
[19] 费多托夫,S。;Iomin,A.,肿瘤细胞侵袭中的迁移和增殖二分法,Phys。修订稿。,98, 8101 (2007)
[20] Jeon,J.-H。;Martinez-Seara Monne,H。;贾瓦奈宁,M。;Metzler,R.,磷脂和胆固醇在脂质双层中的异常扩散及其起源,《物理学》。修订稿。,109, 188103 (2012)
[21] Chen,W。;Holm,S.,《表现出任意频率幂律依赖性的线性和非线性有耗介质的分数拉普拉斯时空模型》,J.Acoust。《美国社会》,115,1424-1430(2004)
[22] Magin,R.L.,《生物工程中的分数微积分》(2006),Begell House
[23] Magin,R.L。;Ingo,C。;Colon-Perez,L。;Triplett,W。;Mareci,T.H.,使用分数阶导数和熵表征多孔生物组织中的异常扩散,微孔介孔材料。,71, 617-627 (2014)
[24] Palombo,M。;加布里埃利,A。;De Santis,S。;卡梅蒂,C。;鲁奥科,G。;Capuani,S.,通过核磁共振在非均匀介质中的时空异常扩散,J.Chem。物理。,135, 3, 034504 (2011)
[25] 特雷比,B.E。;Cox,B.T.,《利用分数拉普拉斯公式模拟声波传播的幂律吸收和色散》,J.Acoust。《美国社会杂志》,1272741-2748(2010)
[26] 周小杰。;高奇。;O.阿卜杜拉。;Magin,R.L.,使用分数阶微积分研究人脑中的异常扩散,Magn。Reson公司。医学,63,562-569(2010)
[27] 库什曼,J.H。;Ginn,T.,《分数平流-扩散方程:具有卷积-费克斯通量的经典质量平衡》,《水资源》。研究,36,3763-3766(2000)
[28] 邓,Z.-Q。;Bengtsson,L。;Singh,V.P.,河流分数弥散模型的参数估计,环境。流体力学。,6, 451-475 (2006)
[29] Kim,S。;Kavvas,M.L.,《河流中污染物传输的广义菲克定律和分数ADE:详细推导》,J.Hydrol。工程,11,80-83(2006)
[30] 沈,C。;Phanikumar,M.S.,《水流溶质运移建模的有效空间分数色散近似》,《高级水资源》。,32, 1482-1494 (2009)
[31] Zaslavsky,G.,哈密顿混沌的分数次动力学方程,《物理学D》,76,110-122(1994)·Zbl 1194.37163号
[32] Zaslavsky,G.,《混沌、分数动力学和反常输运》,《物理学》。众议员,371,461-580(2002)·Zbl 0999.82053号
[33] 戈萨克,M。;马尔,M。;Perc,M.,《扩散耦合细胞集体动力学中内部噪声的混沌》,《欧洲物理学》。J.B,62171-177(2008)
[34] 戈萨克,M。;A.斯托兹。;马尔科维奇(R.Markovic)。;多伦斯·埃克,J。;马尔,M。;Slak Rupnik,M。;Perc,M.,扩散耦合振荡器网络中节点度和耗散率之间的关系及其对胰腺β细胞的意义,Chaos,25073115(2015)·Zbl 1374.92058号
[35] 太阳,X。;Perc,M。;卢奇。;Kurths,J.,霍奇金-霍克斯利神经元扩散网络和小世界网络的空间相干共振,混沌,18023102(2008)
[36] Bhrawy,A.H。;Zaky,M.A.,一种基于Jacobi-tau近似求解多项时空分数阶偏微分方程的方法,J.Comput。物理。,281, 876-895 (2015) ·Zbl 1352.65386号
[37] 邓,Z。;辛格,V.P。;Bengtsson,L.,分数阶对流扩散方程的数值解,J.Hydraul。工程,130,422-431(2004)
[38] Diethelm,K。;新泽西州福特。;Freed,A.D.,分数阶微分方程数值解的预测-校正方法,非线性动力学。,29, 1-4, 3-22 (2002) ·Zbl 1009.65049号
[39] 费克斯,G.J。;Roop,J.P.,分数阶两点边值问题的最小二乘有限元解,计算。数学。申请。,48, 1017-1033 (2004) ·Zbl 1069.65094号
[40] 刘,F。;Ahn,V。;特纳,I.,空间分数阶福克-普朗克方程的数值解,J.Compute。申请。数学。,166, 209-219 (2004) ·Zbl 1036.82019年
[41] 林奇,V.E。;卡雷拉斯,B.A。;del Castillo-Negrete,D。;Ferreira-Mejias,K.M。;Hicks,H.R.,分数阶偏微分方程解的数值方法,J.Compute。物理。,192, 406-421 (2003) ·Zbl 1047.76075号
[42] Meerschaert,M.M。;Tadjeran,C.,分数阶平流-扩散流方程的有限差分近似,J.Compute。申请。数学。,172, 65-77 (2004) ·兹比尔1126.76346
[43] Meerschaert,M.M。;Tadjeran,C.,双边空间分数阶偏微分方程的有限差分逼近,应用。数字。数学。,56, 80-90 (2006) ·Zbl 1086.65087号
[44] Meerschaert,M.M。;谢夫勒,H.P。;Tadjeran,C.,二维分数阶色散方程的有限差分方法,J.Compute。物理。,211, 249-261 (2006) ·Zbl 1085.65080号
[45] 奥迪巴特,Z。;Momani,S.,分数阶非线性偏微分方程的数值方法,应用。数学。型号。,32, 1, 28-39 (2008) ·Zbl 1133.65116号
[46] 波德鲁布尼,I。;Chechkin,A。;斯科夫拉内克,T。;陈,Y。;Jara,B.M.V.,离散分数阶微积分的矩阵方法ii:偏分数阶微分方程,J.Compute。物理。,228, 3137-3153 (2009) ·Zbl 1160.65308号
[47] Tadjeran,C。;Meerschaert,M.M。;Schefler,H.P.,分数扩散方程的二阶精确数值近似,J.Compute。物理。,213, 205-213 (2006) ·兹比尔1089.65089
[48] Wang,H。;Yang,D。;Zhu,S.,空间分数阶扩散方程的非齐次Dirichlet边值问题及其有限元逼近,SIAM J.Numer。分析。,52, 1292-1310 (2014) ·Zbl 1320.65182号
[49] 尤斯特,S.B。;Acedo,L.,分数阶扩散方程的显式有限差分方法和新的von Neumann型稳定性分析,SIAM J.Numer。分析。,42, 1862-1874 (2005) ·Zbl 1119.65379号
[50] 张,H。;刘,F。;Phanikumar,医学硕士。;Meerschaert,M.M.,时变分数阶流动-流动平流-扩散模型的新数值方法,计算。数学。申请。,66, 5, 693-701 (2013) ·Zbl 1350.65092号
[51] B.Baeumer,T.Luks,M.M.Meerschaert,时空分数阶Dirichlet问题。预打印网址:www.stt.msu.edu/users/mcubed/SpaceTimeFrac.pdf;B.Baeumer,T.Luks,M.M.Meerschaert,时空分数阶Dirichlet问题。预打印网址:www.stt.msu.edu/users/mcubed/SpaceTimeFrac.pdf·Zbl 1476.35294号
[52] Defterli,O。;D'Elia,M。;杜琪。;Gunzburger,M。;勒霍克,R。;Meerschaert,M.M.,有界域上的分数扩散,分形。计算应用程序。分析。,18, 2, 342-360 (2015) ·Zbl 1488.35557号
[53] Jin,B。;拉扎罗夫,R。;帕西亚克,J。;Rundell,W.,分数阶微分算子问题的变分公式,数学。公司。,84, 2665-2700 (2015) ·兹比尔1321.65127
[54] Ferreira,R.A.C.,分数阶边值问题的Lyapunov型不等式,分形。计算应用程序。分析。,16, 978-984 (2013) ·Zbl 1312.34013号
[55] 朱,X。;冯,Y。;Wang,Y.,分数阶微分方程周期边值问题的Lyapunov型不等式,Ann.Appl。数学。,33, 212-220 (2017) ·Zbl 1389.34043号
[56] del Castillo-Negrete,D.,非局部传输的分数扩散模型,物理学。等离子体,13082308(2006)
[57] 蒙特福斯科,E。;佩拉奇,B。;Verzini,G.,带Neumann边界条件的分数阶扩散:logistic方程,离散Contin。动态。系统。序列号。B、 182175-2202(2013)·Zbl 1274.35401号
[58] 谢军。;黄,Q。;赵,F。;Gui,H.,用Dirichlet和Neumann边界条件求解分数泊松型方程的块脉冲函数,有界。价值问题。,2017, 32 (2017) ·Zbl 1364.65279号
[59] 拉斯金,N.,分形与量子力学,混沌,10,4,780-790(2000)·Zbl 1071.81513号
[60] Szekeres,B。;Izsák,F.,带Neumann边界条件的分数阶扩散方程的有限差分方法,开放数学。,13, 581-600 (2015) ·Zbl 1515.35326号
[61] Lim,S.C。;Teo,L.P.,活塞几何中的有限温度Casimir效应及其经典极限,《欧洲物理学》。J.C,60,323-344(2009)
[62] Lim,S.C。;Teo,L.P.,分数阶Neumann边界条件的排斥Casimir力,物理学。莱特。B、 679130-137(2009)
[63] H.Wang,D.Yang,空间分数阶微分方程Neumann边值问题的适定性,Preprint arxiv.org/abs/1612.02450v1;H.Wang,D.Yang,空间分数阶微分方程Neumann边值问题的适定性,Preprint arxiv.org/abs/1612.02450v1·Zbl 1439.35548号
[64] Voller,V.R.,由分数阶扩散方程控制的极限情形Stefan问题的精确解,《国际传热杂志》,53,5622-5625(2010)·Zbl 1201.80065号
[65] Kolokoltsov,V.,关于Caputo和Riemann-Liouville导数的完全混合和多维扩展,相关马尔可夫过程和分数阶微分方程,分形。计算应用程序。分析。,18, 1039-1073 (2015) ·兹比尔1321.26013
[66] Warma,M.,开集上具有Neumann和Robin边界条件的分数相对容量和分数Laplacian,势能分析。,42, 499-547 (2015) ·Zbl 1307.31022号
[67] Umarov,S.,与有界域上的SDES相关的分数阶Fokker-Planck-Kolmogorov方程,Fract。计算应用程序。分析。,20, 1281-1304 (2017) ·Zbl 1374.60109号
[68] 杜琪。;Gunzburger,M。;Lehoucq,R.B。;Zhou,K.,体积约束下非局部扩散问题的分析与逼近,SIAM Rev.,54,667-696(2012)·Zbl 1422.76168号
[69] Krepysheva,N。;Di Pietro,L。;Néel,M.C.,空间分数平流扩散和反射边界条件,物理学。版本E,73,021104(2006)
[70] 北卡罗来纳州库西马诺。;Burrage,K。;特纳,I。;Kay,D.,关于有限区间上空间分式方程的反射边界条件:矩阵转移技术的证明,应用。数学。型号。,42, 554-565 (2017) ·Zbl 1443.35166号
[71] 伊利克,M。;刘,F。;特纳,I。;Anh,V.,分数空间扩散方程的数值近似,I,分形。计算应用程序。分析。,8, 323-341 (2005) ·Zbl 1126.26009号
[72] Meerschaert,M.M。;Sikorskii,A.,(分数微积分的随机模型。分数微积分随机模型,德格鲁伊特数学研究,第43卷(2012),德格鲁伊特:德格鲁伊特柏林)·Zbl 1247.60003号
[73] Meerschaert,M.M.,《数学建模》(2013),学术出版社·Zbl 1270.93001号
[74] Baeumer,B。;科瓦奇,M。;Sankaranarayanan,H.,分数导数和算子分数幂的高阶Grunwald近似,Trans。阿米尔。数学。Soc.,367813-834(2015年)·Zbl 1308.65149号
[75] R核心团队。R: 一种用于统计计算的语言和环境。R统计计算基金会,奥地利维也纳,2017年。网址:http://www.R-project.org/; R核心团队。R: 一种用于统计计算的语言和环境。R统计计算基金会,奥地利维也纳,2017年。网址:http://www.R-project.org/
[76] Baeumer,B。;科瓦奇,M。;Sankaranarayanan,H.,带边界条件的分数阶偏微分方程,《微分方程》,2641377-1410(2018)·Zbl 1516.35452号
[77] Richtmyer,R.D。;莫顿,K.W.,《初值问题的差分方法》(1994),克里格出版社:克里格出版社,佛罗里达州马拉巴尔·Zbl 0824.65084号
[78] 舒默,R。;Benson,D.A。;Meerschaert,M.M。;Wheatcraft,S.W.,分数对流扩散方程的欧拉推导,J.Contam。水文。,48, 69-88 (2001)
[79] 佩蒂,P。;Simon,T.,交织某些分数导数,潜在分析。,36, 569-587 (2012) ·兹比尔1259.60040
[80] Meerschaert,M.M。;莫滕森,J。;Wheatcraft,S.W.,分数平流扩散的分数向量演算,物理A,367181-190(2006)
[81] Baeumer,B。;科瓦奇,M。;Meerschaert,M.M。;Schilling,R.L。;Straka,P.,《反射光谱负稳定过程及其控制方程》,Trans。阿米尔。数学。Soc.,368,1,227-248(2016)·Zbl 1378.60075号
[82] 恩格尔·K·J。;Nagel,R.,线性发展方程的单参数半群(2000),Springer Verlag·Zbl 0952.47036号
[83] 阿伦特,W。;巴蒂,C.J.K。;希伯,M。;Neubrander,F.,(向量值拉普拉斯变换和柯西问题。向量值拉place变换和柯希问题,数学专著,第96卷(2010),Birkhäuser Verlag:Birkháuser Verlag Basel)·Zbl 1226.34002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。