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离子输运简并交叉扩散系统的有限元和有限体积格式的比较。 (英语) Zbl 1438.65205号

摘要:分析了用于离子输运的简并交叉扩散系统的结构保持隐式Euler有限元格式。该方案保留了离子浓度、总相对质量的非负性和上限,并消散了熵(或自由能)。证明了该格式离散解的存在性及其向连续系统解的收敛性。本文介绍了使用线性有限元格式和另一种有限体积格式对二维离子通道进行的数值模拟。详细讨论了两种方案的优缺点。

MSC公司:

6500万08 偏微分方程初值和初边值问题的有限体积法
65M60毫米 涉及偏微分方程初值和初边值问题的有限元、Rayleigh-Ritz和Galerkin方法
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
35K51型 二阶抛物型方程组的初边值问题
35K65型 退化抛物方程
第35季度92 与生物、化学和其他自然科学相关的PDE
92立方37 细胞生物学
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
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参考文献:

[1] Barrett J,Blowey J(2004)非线性交叉扩散人口模型的有限元近似。数字数学98:195-221·Zbl 1058.65104号 ·doi:10.1007/s00211-004-0540-y
[2] Bruna M,Chapman J(2014)有限尺寸粒子在受限几何形状中的扩散。公牛数学生物学76:947-982·Zbl 1297.92022号 ·doi:10.1007/s11538-013-9847-0
[3] Burger M、Di Francesco M、Pietschmann J-F、Schlake B(2010)《尺寸排除非线性交叉扩散》。SIAM数学杂志42:2842-2871·Zbl 1227.35155号 ·数字对象标识代码:10.1137/100783674
[4] Burger M、Schlake B、Wolfram M-T(2012)离子通量通过受限几何体的非线性泊松-能斯特-普朗克方程。非线性25:961-990·Zbl 1236.92011号 ·doi:10.1088/0951-7715/25/4/961
[5] Cancès C,Chainais-Hillairet C,Gerstenmayer A,Jüngel A(2019)离子输运简并交叉扩散模型的有限体积格式的收敛性。方法数部分差异等式35:545-575·Zbl 1418.65157号 ·doi:10.1002/num.22313
[6] Carafoli E,Santella L,Branca D,Brini M(2001)细胞钙信号的生成、控制和处理。生物化学与分子生物学评论36:107-260·doi:10.1080/20014091074183
[7] Ciarlet,Philippe G.,前言,vii-xii(1978)·doi:10.1016/S0168-2024(08)70178-4
[8] de Groot S,Mazur P(1984)《非平衡热力学》。多佛,快递公司·Zbl 1375.82004年
[9] Dreyer W、Guhlke C、Müller R(2013)《克服能斯脱-普朗克-泊松模型的缺点》。物理化学化学物理15:7075-7086·doi:10.1039/c3cp44390f
[10] Egger H(2018)耗散演化问题的结构保持近似。已提交发布。arXiv:1804.08648·Zbl 1450.37071号
[11] Eisenberg RS(1998)《生物膜中的离子通道:天然纳米管的静电分析》。竞赛物理39:447-466·doi:10.1080/001075198181775
[12] Robert Eymard;加卢埃,蒂埃里;拉斐尔·赫宾,有限体积法,713-1018(2000)·Zbl 0981.65095号
[13] Frittelli M,Madzvenuse A,Sgura I,Venkataraman C(2017)固定表面上反应交叉扩散系统的集总有限元。计算数学应用程序74:3008-3023·Zbl 1397.65185号 ·doi:10.1016/j.camwa.2017.07.044
[14] Galiano G,Selgas V(2014),关于相互作用粒子模型引起的交叉扩散分离问题。《农林分析》真实世界应用18:34-49·Zbl 1295.35251号 ·doi:10.1016/j.nonrwa.2014.02.001
[15] Gerstenmayer A,Jüngel A(2018)离子输运简并抛物线交叉扩散系统的分析。数学分析应用杂志461:523-543·Zbl 1516.35185号 ·doi:10.1016/j.jmaa.2018.01.024
[16] Gillespie D,Xu L,Wang Y,Meissner G(2005)(De)构建ryanodine受体:模拟钙释放通道的离子渗透和选择性。物理化学杂志B 109:15598-15610·doi:10.1021/jp052471j
[17] HatóZ、Boda D、Gillespie D、Vrabec J、Rutkai G、Kristóf T(2016)整流双极离子通道的模拟研究:详细模型与简化模型。凝聚物质物理学19(16):13802·doi:10.5488/CMP.19.13802
[18] Hodgkin A,Huxley A(1952)膜电流的定量描述及其在神经传导和兴奋中的应用。生理学杂志117:500-544·doi:10.1113/jphysiol.1952.sp004764
[19] Hsieh C-Y,Hyon Y-K,Lee H,Lin T-C,Liu C(2015)带电粒子的输运:熵产生和最大耗散原理。数学分析应用杂志422:309-336·Zbl 1345.76123号 ·doi:10.1016/j.jmaa.2014.07.078
[20] Im W,Seefeld S,Roux B(2000)模拟离子通道的大正则蒙特卡罗·布朗动力学算法。生物物理学杂志79:788-801·doi:10.1016/S0006-3495(00)76336-3
[21] Jüngel A(2015)交叉扩散系统的有界熵方法。非线性28:1963-2001·Zbl 1326.35175号 ·doi:10.1088/0951-7715/28/6/1963
[22] Jüngel A(2016)扩散偏微分方程的熵方法。BCAM施普林格简报。柏林施普林格·兹比尔1361.35002 ·doi:10.1007/978-3-319-34219-1
[23] Jüngel A,Leingang O(2018)Poisson-Maxwell-Stefan系统隐式Euler-Galerkin格式的收敛性。出现在高级计算数学中。arXiv:1809.00413·Zbl 1415.35151号
[24] Jüngel A,Stelzer IV(2013)多组分混合物Maxwell-Stefan系统的存在性分析。SIAM数学分析杂志45:2421-2440·Zbl 1276.35104号 ·doi:10.1137/120898164
[25] Lu B,Holst M,McCammon J,Zhou YC(2010)模拟生物分子扩散反应过程的泊松-能斯特-普朗克方程I:有限元解。计算机物理杂志229:6979-6994·Zbl 1195.92004号 ·doi:10.1016/j.jcp.2010.05.035
[26] Nadler B,Schuss Z,Singer A(2005),固定浓度之间的Langevin轨迹。物理评论稿94(5):218101·doi:10.1103/PhysRevLett.94.218101
[27] Nonner W,Catacuzzeno L,Eisenberg RS(2000),L型钙通道中的结合和选择性:平均球形近似。生物物理学杂志79:1976-1992·doi:10.1016/S0006-3495(00)76446-0
[28] Nonner W、Gillespie D、Henderson D、Eisenberg B(2001)《生物钙通道中的离子积累:溶剂和围压的影响》。物理化学杂志B 105:6427-6436·doi:10.1021/jp010562k
[29] Prohl A,Schmuck M(2009)《能斯脱-普朗克-泊松系统的收敛离散化》。数理111:591-630·Zbl 1178.65106号 ·doi:10.1007/s00211-008-0194-2
[30] Schöberl J(2014)C++11 NGSolve中有限元的实现。预印本,2014年。网址:http://www.asc.tuwien.ac.at/schoeberl/wiki/publications/ngs-cpp11.pdf。2019年5月20日访问
[31] Schöberl J(1997)NETGEN-基于抽象规则的先进2D/3D-mesh生成器。计算机视觉科学1:41-52·Zbl 0883.68130号 ·doi:10.1007/s00791005004
[32] Simpson M,Landman K,Hughes B(2009)多物种简单排除过程。物理A 388:399-406·doi:10.1016/j.physa.2008.10.38
[33] Zamponi N,Jüngel A(2017)具有体积填充的退化交叉扩散种群模型分析。《Ann I H PoincaréAnal Non Lin》34:1-29(勘误表:34(2017),789-792。)·Zbl 1386.35167号 ·文件编号:10.1016/j.anihpc.2015.08.003
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