一维黏性可压缩流体冲击波解的渐近稳定性

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本论文主要研究在Eulerian坐标系下,描述一维黏性可压缩流体动力学方程组的初边值问题。流体动力学方程组是拟线性双曲型方程组,它除了有连续解之外,还可以有间断解;间断解既可以产生,也可以消失。这些特性给求解流体动力学方程组带来了特殊困难和问题。连续流动可以用简单波,如压缩波、稀疏波等来描述,间断解在物理上反映流体运动中的冲击波。冲击波在流体动力学中有着双重的重要性,它既是人们关心的一种物理现象,又是求解流体动力学方程组时需要加以关注的数学特性。本论文讨论在等熵的情况下黏性可压缩流体方程组冲击波解的性质,通过构造叠加的冲击波解,并利用压缩映射原理得到局部存在唯一的冲击波解,利用能量估计的方法证明先验估计,完成全局解的存在唯一性和渐近稳定性的证明,并采用差分方法进行数值计算,验证方程组的解为叠加的冲击波解。主要结论和方法如下: 1、叠加冲击波解的构造:利用Lagrangian坐标变换在Lagrangian坐标系下研究流体动力学方程组,利用Rankine-Hugoniot条件分别得到黏性冲击波曲线S<,1>和S<,2>,由此构造出叠加的冲击波解,并利用初值计算出冲击波的位移(即shift);验证构造的叠加冲击波解满足可压缩流体方程组的初边值条件。 2、局部解的存在性和唯一性:通过逐步迭代的方法得出构造的叠加冲击波解为柯西列,然后由压缩映射原理得出可压缩流体方程组局部解的存在性:利用能量估计和各种不等式证明可压缩流体方程组局部解的唯一性。 3、全局解的存在唯一性和渐近稳定性:利用能量估计的方法,分别对相应变量及其导数进行不等式估计,由此推出先验估计的证明;通过对方程组的局部解在时间轴上进行延拓,可以得到全局解的存在唯一性,并利用先验估计可以推出全局解的渐进稳定性。
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