Maxim A.Olshanskii。;阿诺德·雷斯肯;亚历山大·日利亚科夫 演化曲面上的切向Navier-Stokes方程:分析和模拟。 (英语) Zbl 1514.35322号 数学。模型方法应用。科学。 32,第14号,2817-2852(2022). 摘要:本文考虑了一个方程组,该方程组模拟了Boussinesq-Scriven流体在嵌入(mathbb{R}^3)的被动演化表面上的横向流动。对于由此产生的Navier-Stokes型系统,在光滑的闭合含时曲面上,我们引入了一个弱公式,该公式是由曲面演化定义的时空流形上的函数空间。弱公式对于任何有限的最终时间都是适定的,并且没有数据上的小条件。我们进一步扩展了一种不合适的有限元方法,称为TraceFEM,以计算流体系统的解。数值证明了该方法的收敛性。在另一系列实验中,我们可视化了由材料表面平滑变形引起的横向流动。 引用于三文件 MSC公司: 35季度30 Navier-Stokes方程 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 76D05型 不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程 关键词:Navier-Stokes方程;适定性;有限元法 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{M.A.Olshanskii}等人,数学。模型方法应用。科学。32,编号14,2817--2852(2022;Zbl 1514.35322) 全文: 内政部 arXiv公司 参考文献: [1] Alphonse,A.、Elliott,C.M.和Stinner,B.,进化空间抛物线偏微分方程的抽象框架,葡萄牙。数学72(2015)1-46·Zbl 1323.35103号 [2] Arnold,V.,《流体力学的应用》,《Ann.Inst.Fourier16》(1966)319-361·Zbl 0148.45301号 [3] Aubin,T.,流形的非线性分析。Monge-Ampere方程(Springer,1982)·Zbl 0512.53044号 [4] Barrett,J.W.,Garcke,H.和Nürnberg,R.,流体膜和囊泡动力学的数值计算,物理学。版本E92(2015)052704·Zbl 1391.76298号 [5] Bonito,A.,Demlow,A.和Licht,M.,表面Stokes方程的符合发散的有限元方法,SIAM J.Numer。分析58(2020)2764-2798·Zbl 1451.65184号 [6] P.Brandner、A.Reusken和P.Schwering,《关于演化曲面Navier-Stokes方程的推导、界面和自由边界》(2022),https://doi.org/10.4171/ifb/482。 [7] Burman,E.,Hansbo,P.,Larson,M.G.和Massing,A.,任意余维嵌入流形上偏微分方程的切割有限元方法,ESAIM:Math。模型。数字。分析52(2018)2247-2282·Zbl 1417.65199号 [8] Chan,C.,Czubak,M.和Disconzi,M..,黎曼流形上Navier-Stokes方程的公式,J.Geom。《物理学》121(2017)335-346·Zbl 1376.58009号 [9] Dziuk,G.和Elliott,C.,演化曲面上的有限元,IMA J.Numer。分析27(2007)262-292·Zbl 1120.65102号 [10] Dziuk,G.和Elliott,C.M.,《表面PDE的有限元方法》,《数值学报》22(2013)289-396·Zbl 1296.65156号 [11] Ebin,D.G.和Marsden,J.,微分同胚群和不可压缩流体的运动,Ann.Math.92(1970)102-163·Zbl 0211.57401号 [12] Grande,J.、Lehrenfeld,C.和Reusken,A.,水平集曲面上PDE的高阶跟踪有限元方法分析,SIAM J.Numer。分析56(2018)228-255·Zbl 1383.65140号 [13] Gurtin,M.E.和Murdoch,A.I.,弹性材料表面的连续体理论,Arch。定额。机械。分析57(1975)291-323·兹比尔0326.73001 [14] Hansbo,P.、Larson,M.G.和Larsson,K.,曲面上向量Laplacians的有限元方法分析,IMA J.Numer。分析40(2020)1652-1701·Zbl 1466.65190号 [15] Hartman,P.,《常微分方程》,第590卷(John Wiley and Sons,1964)·Zbl 0125.32102号 [16] Jankuhn,T.、Olshanskii,M.A.和Reusken,A.,《嵌入表面上的不可压缩流体问题:建模和变分公式》,《干涉自由边界》20(2018)353-377·Zbl 1406.35224号 [17] Jankuhn,T.、Olshanskii,M.A.、Reusken,A.和Zhiliakov,A.,表面Stokes方程高阶痕量有限元方法的误差分析,J.Numer。数学29(2021)245-267·Zbl 1491.65142号 [18] T.Jankuhn和A.Reusken,表面Stokes方程的高阶跟踪有限元方法,预印本(2019),arXiv:1909.08327·Zbl 1466.65192号 [19] Jankuhn,T.和Reusken,A.,《表面矢量-拉普拉斯方程的追踪有限元方法》,IMA J.Numer。分析41(2020)48-83·兹比尔1466.65192 [20] Koba,H.,Liu,C.和Giga,Y.,演化曲面上不可压缩流体系统的能量变分方法,Quart。申请。数学72(2017)359-389·Zbl 1358.37081号 [21] Lamb,H.,《流体动力学》(大学出版社,1924年)。 [22] Lehrenfeld,C.和Olshanskii,M.,时间相关域中PDE的欧拉有限元方法,ESAIM:M2AN53(2019)585-614·Zbl 1422.65223号 [23] Lehrenfeld,C.,Olshanskii,M.A.和Xu,X.,《演化曲面上偏微分方程的稳定跟踪有限元方法》,SIAM J.Numer。分析56(2018)1643-1672·Zbl 1402.65112号 [24] Miura,T.-H.,关于运动薄区域中不可压缩流体的奇异极限方程,Quart。申请。数学76(2018)215-251·Zbl 1384.35099号 [25] Murdoch,A.和Cohen,H.,材料表面的对称性考虑,Arch。定额。机械。分析72(1979)61-98·Zbl 0424.73063号 [26] Nitschke,I.,Reuther,S.和Voigt,A.,进化表面上极性液晶的流体动力学相互作用,Phys。《流体评论》4(2019)044002·Zbl 1472.82040号 [27] Olshanskii,M.A.、Quaini,A.、Reusken,A.和Yushutin,V.,表面Stokes问题的有限元方法,SIAM J.Sci。计算40(2018)A2492-A2518·Zbl 1397.65287号 [28] Olshanskii,M.A.和Reusken,A.,《表面PDE的追踪有限元方法》,载于《几何非装配有限元方法与应用》,编辑:Bordas,S.P.A.、Burman,E.、Larson,M.G.和Olshanskii,M.A.(施普林格国际出版公司,2017年),第211-258页·兹比尔1448.65245 [29] Olshanskii,M.、Reusken,A.和Grande,J.,曲面上椭圆方程的有限元方法,SIAM J.Numer。分析47(2009)3339-3358·Zbl 1204.58019号 [30] Olshanskii,M.A.、Reusken,A.和Xu,X.,演化曲面上扩散问题的欧拉时空有限元方法,SIAM J.Numer。分析52(2014)1354-1377·Zbl 1320.76072号 [31] Olshanskii,M.、Reusken,A.和Zhiliakov,A.,用于表面PDE的微量P2-P1 Taylor-Hood元素的Inf-sup稳定性,数学。计算90(2021)1527-1555·Zbl 1486.65261号 [32] Olshanskii,M.A.和Yushutin,V.,嵌入表面上流体系统的惩罚有限元法,J.Math。流体力学21(2019)14·Zbl 1446.76095号 [33] Prüss,J.、Simonett,G.和Wilke,M.,《关于曲面上的Navier-Stokes方程》,J.Evol。等式21(2021)3153-3179·兹比尔1486.35348 [34] Rangamani,P.,Agrawal,A.,Mandapau,K.K.,Oster,G.和Steigmann,D.J.,脂质膜上表面形状和表面内粘性流之间的相互作用,生物医学。模型。Mechanobiol.12(2013)1-13。 [35] Reusken,A.,表面Stokes方程的流函数公式,IMA J.Numer。分析40(2020)109-139·Zbl 1466.65201号 [36] Reuther,S.和Voigt,A.,曲面上流动中曲率和旋涡的相互作用,多尺度模型。Simul.13(2015)632-643·Zbl 1320.35289号 [37] Reuther,S.和Voigt,A.,勘误表:曲面上流动中曲率和旋涡的相互作用,多尺度模型。模拟16(2018)1448-1453·Zbl 1403.35243号 [38] Reuther,S.和Voigt,A.,用表面有限元求解不可压缩表面Navier-Stokes方程,Phys。流体30(2018)012107·Zbl 1403.35243号 [39] Saffman,P.和Delbrück,M.,生物膜中的布朗运动,Proc。国家。阿卡德。Sci.72(1975)3111-3113。 [40] Simonett,G.和Wilke,M.,《曲面Stokes算子和应用的(H^ infty)-演算》,J.Math。流体。机械24(2022)109·Zbl 1502.35127号 [41] Steinmann,P.,《变形和构型力学中的边界势能》,J.Mech。物理学。固体56(2008)772-800·兹比尔1149.74006 [42] Taylor,M.E.,《Morrey空间分析及其在Navier-Stokes和其他演化方程中的应用》,Commun。偏微分方程17(1992)1407-1456·Zbl 0771.35047号 [43] Temam,R.,Navier-Stokes方程,理论和数值分析(North-Holland,1977)·Zbl 0383.35057号 [44] Temam,R.,《力学和物理中的无限维动力系统》(Springer,1988)·Zbl 0662.35001号 [45] Torres-Sánchez,A.、Millán,D.和Arroyo,M.,《模拟流体可变形表面,重点关注生物界面》,J.fluid Mech.872(2019)218-271·Zbl 1430.76503号 [46] von Wahl,H.,Richter,T.和Lehrenfeld,C.,一种不适合用于运动域上含时Stokes问题的欧拉有限元方法,IMA J.Numer。分析42(2022)2505-2544·Zbl 1502.65147号 [47] Yavari,A.、Ozakin,A.和Sadik,S.,《变形环境空间中的非线性弹性》,《非线性科学杂志》26(2016)1651-1692·Zbl 1383.74015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。