×

采用自适应网格上的高阶混合样条差分方法求解具有Robin边界条件的奇摄动抛物型反应扩散问题。 (英语) Zbl 07776960号

摘要:我们提出了一种混合数值格式来离散一类具有robin边界条件的奇摄动抛物型反应扩散问题。混合差分格式是在时间上使用一种改进的后向差分格式来发展的,空间上三次样条和指数样条差分格式的组合。该格式使用三次样条差分格式离散罗宾边界条件。对于问题的时间离散化,我们使用标准的均匀网格,同时生成一个适用于空间离散化的分层均匀网格。通过均匀分布基于曲率的监测函数,空间自适应网格能够捕获抛物线边界层的存在,而无需使用任何有关解的先验信息。推导了参数一致误差估计,以说明所提出的离散化在时间上一阶和空间上二阶的最优收敛性。数值实验证实了所提出方案的准确性,为理论分析奠定了基础。
{©2022威利期刊有限责任公司}

MSC公司:

65-XX岁 数值分析
35-XX年 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] T.A.Bullo、G.A.Degla和G.F.Duressa,带内层奇摄动抛物线问题的拟合网格法,数学。计算。模拟193(2022),1220-1250。
[2] A.Gupta和S.Chakraborty,描述均质自催化反应器中混合限制模式形成的高维和低维模型的线性稳定性分析,化学。Eng.J.145(2009),第3期,399-411。
[3] S.Duran‐Nebreda、J.Pla、B.Vidiella、J.Piñero、N.Conde‐Pueyo和R.Solé,《周期性模式下形成微生物菌落的合成侧向抑制》,ACS Synth。生物10(2021),第2期,277-285。
[4] J.D.Murray,《数学生物学II:空间模型和生物医学应用》,第3卷,Springer,纽约,2001年。
[5] E.E.Holmes、M.A.Lewis、J.E.Banks和R.R.Veit,《生态学中的偏微分方程:空间相互作用和种群动力学》,《生态学》75(1994),第1期,第17-29页。
[6] J.D.Murray、E.A.Stanley和D.L.Brown,关于狂犬病在狐狸中的空间传播,Proc。R.Soc.伦敦。序列号。生物科学B,229(1986),编号1255,111-150。
[7] M.A.J.Chaplain,《反应扩散预模式及其在肿瘤侵袭中的潜在作用》,J.Biol。系统3(1995),第4期,929-936。
[8] E.S.Lobanova和F.I.Ataullakhanov,在反应扩散模型中运行复杂形状的脉冲,Phys。Rev.Lett.93(2004),第9期,098303。
[9] J.A.Sherrat和J.D.Murray,表皮伤口愈合模型,Proc。R.Soc.伦敦。序列号。B生物科学241(1990),编号1300,29-36。
[10] K.Y.Wertheim和T.Roose,蔬菜能在斑马鱼胚胎中形成图案吗?牛市。数学。《生物学》第81期(2019年),第4期,第1201-1237页·兹比尔1415.92037
[11] P.V.Danckwerts和A.Lannus,气液反应,J.Electrochem。Soc.117(1970),第10号,369C。
[12] V.K.Vanag和I.R.Epstein,《定态和振荡局域模式以及亚临界分岔》,《物理学评论》第92期(2004年),第12期,第128301页。
[13] R.FitzHugh,神经膜理论模型中的冲动和生理状态,生物物理学。J.1(1961),第6期,445-466。
[14] B.Derjaguin和L.Landau,强电荷疏水溶胶的稳定性和强电荷粒子在电解质溶液中的粘附理论,Prog。冲浪。Sci.43(1993),编号1-4,30-59。
[15] J.B.Munyakazi,对流扩散方程组的一致收敛非标准差分格式,计算。申请。《数学34》(2015),第3期,1153-1165·Zbl 1326.65094号
[16] K.C.Patidar,《非标准有限差分方法:近期趋势和进一步发展》,《J Differ Equ Appl22》(2016),第6期,817-849·Zbl 1347.65138号
[17] G.Khakimzyanov和D.Dutykh,关于非均匀网格上二阶中心有限差分的超收敛现象,J.Compute。申请。数学326(2017),1-14·Zbl 1370.65038号
[18] N.Li、S.Haiyan、D.Gui和X.Feng,基于Shishkin节点的对流占优扩散问题的多二次RBF‐FD方法,《国际热质交换》118(2018),734-745。
[19] N.A.Mbroh、S.C.O.Noutchie和R.Y.M’pika Massoukou,robin型奇摄动抛物对流扩散问题的一致收敛有限差分格式,数学计算模拟174(2020),218-232·兹比尔1453.65229
[20] M.Jalaal、D.D.Ganji和F.Mohammadi,《二维热传导方程的He同伦摄动法:与有限元法的比较》,《传热亚洲研究:由日本化学工程师学会和ASME39传热司共同赞助》(2010),第4期,第232-245页。
[21] F.Brezzi和M.Fortin,混合和混合有限元方法,第15卷,Springer,纽约州纽约市,2012年·Zbl 1009.65067号
[22] D.Boffi、F.Brezzi、M.Fortin等人,《混合有限元方法和应用》,第44卷,施普林格,柏林,海德堡,2013年·Zbl 1277.65092号
[23] A.K.Aziz,《有限元法的数学基础及其在偏微分方程中的应用》,学术出版社,纽约,2014年。
[24] J.Zhang和X.Liu,一维奇异摄动对流扩散方程有限元方法的超收敛性,应用。数学。Lett.98(2019),278-283·Zbl 1464.65133号
[25] K.W.Morton,《复兴:对流扩散问题的数值解》(1996),CRC出版社,博卡拉顿,2019年·Zbl 0861.65070号
[26] R.J.LeVeque等人,双曲线问题的有限体积法,第31卷,剑桥大学出版社,剑桥,2002年·Zbl 1010.65040号
[27] S.Mazumder,《偏微分方程的数值方法:有限差分和有限体积法》,学术出版社,伦敦,2015年。
[28] R.A.Gingold和J.J.Monaghan,《平滑粒子流体动力学:非球形恒星的理论和应用》,《皇家天文学会月刊》181(1977),第3期,第375-389页·Zbl 0421.76032号
[29] R.M.Ganji、H.Jafari和S.Nemati,求解变阶积分微分方程的新方法,J.Compute。申请。数学379(2020),112946·Zbl 1450.45005号
[30] R.M.Ganji、H.Jafari和D.Baleanu,求解具有mittag-lefler核的多变量阶微分方程的新方法,混沌,孤子分形130(2020),109405·Zbl 1489.65112号
[31] N.H.Tuan、R.M.Ganji和H.Jafari,非局部和非奇异核分数阶流变模型和分数阶Newell-whitehead‐segel方程的数值研究,Chin。J.Phys.68(2020),308-320。
[32] M.A.Firoozjaee、H.Jafari、A.Lia和D.Baleanu,使用ritz近似的带caputo-fabrizio分数导数的fokker-planck方程的数值方法,J.Compute。申请。数学339(2018),367-373·Zbl 1393.65029号
[33] V.R.Hosseini和W.Zou,求解时间分数阶偏微分方程的周动力学微分算子,非线性动力学109(2022),1823-1850。
[34] S.S.Roshan、H.Jafari和D.Baleanu,通过基于genocchi多项式的运算矩阵求解带caputo‐fabrizio导数的fdes,数学方法应用科学41(2018),第18期,9134-9141·Zbl 1406.34017号
[35] V.R.Hosseini、F.Yousefi和W.‐N。邹,通过奇异边界法求解高维变阶时间分数阶扩散方程,J.Adv.Res.32(2021),73-84。
[36] S.E.Huber和M.R.Trummer,《求解微分方程的径向基函数:病态矩阵和数值稳定性》,《计算数学应用》71(2016),第1期,319-327·Zbl 1443.65106号
[37] T.Tang和M.R.Trummer,奇异摄动问题的边界层求解伪谱方法,SIAM J.Sci。计算17(1996),第2期,430-438·Zbl 0851.65058号
[38] G.I.Shishkin,具有间断系数和集中因子的奇摄动抛物方程的差分格式,苏联计算。数学。数学。《物理学》第29卷(1989年),第5期,第9-19页·Zbl 0712.65083号
[39] R.Vulanovic,奇异摄动拟线性两点边值问题的Apriori网格,IMA J Numer Ana21(2001),第1期,349-366·兹伯利0989.65081
[40] R.Vulanovic,两个小参数拟线性边值问题的高阶格式,Computing67(2001),第4期,287-303·Zbl 1103.65321号
[41] W.Huang、Y.Ren和R.D.Russell,基于均匀分布原理的移动网格偏微分方程(MMPDES),SIAM J.Numer。分析31(1994),第3期,709-730·Zbl 0806.65092号
[42] W.Huang和R.D.Russell,自适应移动网格方法,第174卷,Springer,纽约州纽约市,2010年。
[43] X.Xu,W.Huang,R.D.Russell和J.F.Williams,生成均匀分布网格的de boor算法的收敛性,IMA J.Numer。分析31(2011),第2期,580-596·Zbl 1228.65027号
[44] 左旋-右旋。Liu和Y.Chen,两个弱耦合奇摄动对流扩散方程组的鲁棒自适应网格方法,J.Sci。计算61(2014),第1期,第1-16页·Zbl 1306.65236号
[45] Y.Qiu和D.M.Sloan,自适应生成网格上奇摄动两点边值问题的差分近似分析,J.Compute。申请。《数学101》(1999),第1-2、1-25期·Zbl 0959.65087号
[46] G.Beckett和J.A.Mackenzie,关于使用网格均匀分布对奇摄动反应扩散问题进行一致精确的有限差分近似,J.Compute。申请。《数学》131(2001),第1-2期,381-405页·Zbl 0984.65076号
[47] N.Kopteva和M.Stynes,拟线性一维对流扩散问题的鲁棒自适应方法,SIAM J.Numer。分析39(2001),第4期,1446-1467·Zbl 1012.65076号
[48] N.Kopteva、N.Madden和M.Stynes,一维反应扩散问题的网格均匀分布,数值算法40(2005),第3期,305-322·Zbl 1089.65077号
[49] A.Gupta和A.Kaushik,使用网格均匀分布解决robin型反应扩散问题的稳健样条差分方法,应用。数学。计算390(2021),125597·兹比尔1508.65088
[50] A.Gupta和A.Kaushik,使用网格均匀分布的奇摄动反应扩散问题的高阶精确差分近似,Ain Shams Eng J12(2021),4211-4221。
[51] A.Gupta和A.Kaushik,基于网格均匀分布的四阶奇异摄动微分方程的高阶混合有限差分方法,J.Appl。数学。计算68(2021),1163-1191·Zbl 1486.65080号
[52] P.Das、S.Rana和J.Vigo‐Aguiar,边界层起源的具有多尺度性质的混合型反应扩散系统在均匀网格上的高阶精确近似,应用。数字。数学148(2020),79-97·Zbl 1448.65075号
[53] P.Das和J.Vigo‐Aguiar,一类涉及小扰动参数的奇摄动反应扩散系统的参数一致最优阶数值逼近,J.Compute。申请。数学354(2019),533-544·Zbl 1415.65166号
[54] T.Linß和N.Madden,时间相关反应扩散问题的参数一致近似,Numer Methods Partial Differ Equ:An Int J23(2007),第6期,1290-1300·Zbl 1131.65076号
[55] S.Gowrisankar和S.Natesan,均匀网格上奇摄动抛物反应扩散问题的参数一致数值方法,应用。数学。Lett.26(2013),第11期,1053-1060·Zbl 1311.65111号
[56] S.Kumar,H.Ramos,et al.,具有robin边界条件的奇摄动抛物反应扩散问题在均匀网格上的参数一致逼近,应用。数学。计算392(2021),125677·Zbl 1508.65106号
[57] D.Shakti、J.Mohapatra、P.Das和J.Vigo‐Aguiar,一种基于移动网格精化的最佳精确一致收敛计算方法,用于具有任意小扩散项的抛物型边界层反应扩散问题,J Comput Appl Math404(2022),113167·Zbl 1503.65184号
[58] P.W.Hemker、G.I.Shishkin和L.P.Shishkina,抛物奇异摄动问题的高阶时间精度ε均匀格式,IMA J.Numer。分析20(2000),第1期,99-121·Zbl 0942.65095号
[59] B.Bujanda、C.Clavero、J.L.Gracia和J.C.Jorge,含时反应扩散奇摄动问题的高阶一致收敛交替方向格式,数值。《数学107》(2007),第1期,第1-25页·Zbl 1125.65079号
[60] S.Chandra Sekhara Rao、S.Kumar和J.Singh,奇摄动抛物反应扩散问题的高阶离散schwarz波形松弛方法,J.Math。《化学》58(2020),第3期,574-594·Zbl 1440.65126号
[61] B.J.McCartin,指数样条理论,J近似理论66(1991),第1期,第1-23页·Zbl 0756.41019号
[62] L.S.Mulholland、Y.Qiu和D.M.Sloan,利用自适应有限差分和伪谱后处理解决演化偏微分方程,J.Compute。Phys.131(1997),编号280-298·Zbl 0868.65057号
[63] N.M.Chadha和N.Kopteva,一维奇异摄动半线性反应扩散问题的稳健网格均布方法,IMA J.Numer。分析31(2011),第1期,188-211·Zbl 1211.65099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。