可压缩非等熵Navier-Stokes/MHD方程的剪切粘性极限问题

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众所周知,现实世界中许许多多的流体运动规律都可以用可压缩Navier-Stokes、磁流体(简称MHD)方程来刻画,其中MHD方程描述了导电流体在电磁场中运动状态,在天体物理、地球物理、空气动力学或宇宙等离子物理学等领域中具有重要物理应用背景,因此,对这类可压流体方程的研究不仅有理论意义,而且有重要的实际应用价值.然而粘性极限问题一直是流体力学数学理论研究的一个重点和难点之一.本文主要研究柱对称Navier-Stokes方程及一维MHD方程的剪切粘性极限问题.  本文第一个研究内容是一维大初值常热传导系数理想多方流体MHD方程初边值问题.首先根据高维Navier-Stokes/MHD的处理技巧([15,19-21,28,41]),即利用有效粘性通量及物质导数的方法得到解与剪切粘性无关的一致估计,剪切粘性消失解收敛极限以及收敛速度,其次为了了解剪切粘性系数足够小时,方程解的状态,我们讨论了边界层宽度,最后通过构造方式,找到了修正函数消除横向速度在边界值上的差异,该修正函数我们称其为边界层函数.由于磁场和速度强耦合,以及磁力项和对流项的强非线性带来一些困难,导致密度正的下界估计依赖磁场的估计,为了得到密度正的下界,我们把区域分成了两个部分处理,克服了磁场所带来的困难,此处的方法是与文献[35,36,58]不同的.有了密度的上下界之后,然后利用物质导数,有效粘性通量以及方程的结构获得解关于剪切粘性μ的高阶一致估计.  本文第二个研究内容是大初值可压缩热传导理想流体柱对称Navier-Stokes方程初边界值问题,关于剪切粘性系数消失解的一些性质.首先,利用有效粘性通量及物质导数的方法得到解关于剪切粘性的高阶一致估计,我们证明了随着粘性消失,解的H1范数的收敛速度.其次,利用加权的方法(与文献[17,29,47]不同的方法)得到边界层宽度O(μα)(α∈(0,1/2)).最后,构造了边界层函数.而且此时得到的收敛速度比第一部分(MHD)方程更佳.
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