×

变阶分数阶反应扩散方程的精确离散。 (英语) Zbl 1509.65071号

摘要:本文的目的是开发一种精确的离散化技术来解决一类变阶分数(VOF)反应扩散问题。在空间方向上,首先使用紧致有限差分算子对问题进行离散。然后,将加权移位的Grünwald公式应用于分数阶导数的时间离散。为了求解导出的非线性离散系统,还提出了一种精确的迭代算法。对于(0,1)中的所有变阶(α(t)),导出了该格式的可解性、稳定性和(L_2)-收敛性。该方法的精度为(mathcal{O}(tau^3+h^4),其中,(tau)和(h)分别是时间步长和空间步长。通过一些数值模拟,验证了该方法的理论分析和高精度。比较结果还表明,新的离散化技术的精度优于文献中可用的其他方法。最后,利用报告的实验数据验证了所提出VOF模型的可行性。

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号06 含偏微分方程边值问题的有限差分方法
65H10型 方程组解的数值计算
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
第26页第33页 分数导数和积分
35兰特 分数阶偏微分方程
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Baleanu,D.,分数微积分:模型和数值方法,3(2012),世界科学·Zbl 1248.26011号
[2] Sabatier,J。;阿格拉瓦尔,O.P。;Machado,J.T.,分数微积分进展,4(2007),Springer·Zbl 1116.00014号
[3] Magin,R.L。;O.阿卜杜拉。;巴利亚努,D。;Zhou,X.J.,在bloch-torrey方程中通过分数阶微分算子表示的异常扩散,J Magn Reson,190,255-270(2008)
[4] Tarasov,V.E.,riesz型偏分数导数和非线性分数微分方程,非线性Dyn,86,1745-1759(2016)·Zbl 1372.34022号
[5] Dabiri,A。;Moghaddam,B.P。;Machado,J.A.T.,动态系统的最优变阶分数PID控制器,计算应用数学杂志,339,40-48(2018)·Zbl 1392.49033号
[6] 巴利亚努,D。;马查多,J.A.T。;Luo,A.C.,《分数动力学与控制》(2011),施普林格科学与商业媒体
[7] 巴利亚努,D。;圭文克,Z.B。;Machado,J.A.T.,《纳米技术和分数阶微积分应用的新趋势》(2010),施普林格出版社·Zbl 1196.65021号
[8] Podlubny,I.,分数阶微分方程,科学与工程数学,198(1999),学术出版社:加利福尼亚州圣地亚哥学术出版社·Zbl 0918.34010号
[9] 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),爱思唯尔出版社:阿姆斯特丹·Zbl 1092.45003号
[10] Diethelm,K.,《分数阶微分方程的分析》,数学课堂讲稿,2004(2010),施普林格:施普林格柏林·Zbl 1215.34001号
[11] 纪长川。;Sun,Z.Z.,分数次扩散方程的高阶紧致有限差分格式,科学计算杂志,64,959-985(2015)·Zbl 1328.65176号
[12] Cui,M.,二维时间分数阶扩散方程的紧凑交替方向隐式方法,计算物理杂志,2312621-2633(2012)·Zbl 1242.65158号
[13] Burrage,K。;Cardone,A。;R.D.安布罗西奥。;Paternoster,B.,时间分数阶扩散系统的数值解,应用数值数学,116,82-94(2017)·Zbl 1372.65228号
[14] 蒋伟(Jiang,W.)。;Liu,N.,求解时变分数阶流动不动平流-扩散模型的数值方法,Appl Numer Math,119,18-32(2017)·Zbl 1432.65155号
[15] Baeumer,B。;科瓦奇,M。;Meerschaert,M.M.,分数反应扩散方程的数值解,计算数学应用,552212-2226(2008)·Zbl 1142.65422号
[16] Chen,C.M。;刘,F。;Burrage,K.,分数反应-细分扩散方程的有限差分方法和傅里叶分析,应用数学计算,198754-769(2008)·Zbl 1144.65057号
[17] 任,L。;Wang,Y.M.,具有空间可变系数的时间分数阶对流-扩散方程的四阶外推紧致差分方法,应用数学计算,312,1-22(2017)·Zbl 1427.65181号
[18] 阿尔梅达,R。;塔瓦雷斯,D。;Torres,D.F.M.,变阶分数阶变分法(2019),Springer·Zbl 1402.49002号
[19] Sun,H.G。;Chen,W。;魏,H。;Chen,Y.Q.,恒定阶和可变阶分数阶模型在表征系统记忆特性方面的比较研究,《欧洲物理杂志》,193,185-192(2011)
[20] Shyu,J.J。;裴,S.C。;Chan,C.H.,可变分数阶FIR差分积分器设计的迭代方法,信号处理,89,320-327(2009)·Zbl 1151.94410号
[21] Coimbra,C.F.,《变阶微分算子力学》,Ann Phys,12692-703(2003)·Zbl 1103.26301号
[22] Evans KP,Jacob N.Feller半群的变序从属。2006.ArXiv预印数学/0608056。;Evans KP,Jacob N.Feller半群的变序从属。2006.ArXiv预印本数学/0608056。
[23] 雅各布,N。;Leopold,H.G.,变阶微分伪微分算子,生成feller半群,积分Equ算子理论,17,544-553(1993)·Zbl 0793.35139号
[24] Kikuchi,K。;Negoro,A.,关于变阶伪微分算子生成的马尔可夫过程,大阪数学杂志,34319-335(1997)·Zbl 0913.60062号
[25] Leopold,H.G.,变阶微分函数空间在变阶积分函数空间中的嵌入,捷克斯洛伐克数学J,49,633-644(1999)·Zbl 1008.46015号
[26] Lorenzo,C.F。;Hartley,T.T.,变阶和分布阶分数阶算子,非线性Dyn,29,57-98(2002)·Zbl 1018.93007号
[27] Samko,S.G。;Ross,B.,变分数阶的积分和微分,积分变换规范函数,1277-300(1993)·Zbl 0820.26003号
[28] 林·R。;刘,F。;Anh,V。;Turner,I.,变阶非线性分数阶扩散方程新显式有限差分近似的稳定性和收敛性,应用数学计算,212435-445(2009)·兹比尔1171.65101
[29] Moghaddam,B.P。;Machado,J.A.T.,《近似可变阶分数导数的扩展算法及其应用》,《科学计算杂志》,第71期,第1351-1374页(2017年)·Zbl 1370.26017号
[30] 塔瓦雷斯,D。;阿尔梅达,R。;Torres,D.F.,《分数阶变量的Caputo导数:数值逼近》,《公共非线性科学数值模拟》,35,69-87(2016)·Zbl 07246627号
[31] 庄,P。;刘,F。;Anh,V。;Turner,I.,带非线性源项的变阶分数阶对流扩散方程的数值方法,SIAM J Numer Anal,471760-1781(2009)·Zbl 1204.26013号
[32] Chen,C.M。;刘,F。;Anh,V。;Turner,I.,变阶反常次扩散方程的高空间精度数值格式,SIAM J Sci Comput,321740-1760(2010)·Zbl 1217.26011号
[33] Chen,C.M。;刘,F。;Anh,V。;Turner,I.,带非线性源项的变阶galilei不变对流扩散方程的数值模拟,应用数学计算,217,5729-5742(2011)·Zbl 1227.65072号
[34] Chen,C.M。;刘,F。;特纳,I。;Anh,V。;Chen,Y.,变阶非线性反应-细分扩散方程的数值逼近,数值算法,63,265-290(2013)·Zbl 1278.65121号
[35] 沈,S。;刘,F。;陈,J。;特纳,I。;Anh,V.,变阶时间分数扩散方程的数值技术,Appl Math Comput,21810861-10870(2012)·Zbl 1280.65089号
[36] Zayernouri,M。;Karniadakis,G.E.,线性和非线性可变阶FPDE的分数谱配置方法,计算物理杂志,293,312-338(2015)·Zbl 1349.65531号
[37] 陈,S。;刘,F。;Burrage,K.,非均质多孔介质中新型二维变阶分数阶渗流方程的数值模拟,计算数学应用,68,2133-2141(2014)·Zbl 1369.35105号
[38] Bhrawy,A.H。;Zaky,M.A.,二维变阶分数阶非线性电缆方程的数值模拟,非线性Dyn,80,101-116(2015)·Zbl 1345.65060号
[39] 杨晓杰。;马查多,J.A.T。;Srivastava,H.M.,解局部分数阶扩散方程的新数值技术:二维扩展微分变换方法,应用数学计算,274143-151(2016)·Zbl 1410.65415号
[40] 科罗内尔·埃斯卡米拉,A。;Gmez-Aguilar,J.F。;托雷斯,L。;Escobar Jimnez,R.F.,使用具有非局部和非奇异核的分数导数的变阶反应扩散模型的数值解,Physica A Stat Mech Appl,491406-424(2018)·Zbl 1514.65100号
[41] 曹,J。;邱,Y。;Song,G.,变阶细分扩散方程的紧致有限差分格式,Commun非线性Sci-Numer Simul,48,140-149(2017)·Zbl 1524.65323号
[42] Sun,H。;Zhang,Y。;Chen,W。;Reeves,D.M.,《使用可变因次分数导数模型捕捉非均匀介质中的瞬态弥散》,《康塔姆水文杂志》,157,47-58(2014)
[43] 赵,L。;Deng,W.,基于分数导数超收敛逼近的空间分数阶扩散方程的一系列高阶拟紧格式,数值方法偏微分Equ,311345-1381(2015)·Zbl 1332.65131号
[44] Smith,G.D.,《偏微分方程的数值解:有限差分方法》(1985),牛津大学出版社·Zbl 0576.65089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。