非定常Oseen问题的局部投影稳定化有限元方法

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在流体力学中,Navier-Stokes方程是不可压缩流体的控制方程,它是描述粘性流体流动的基本方程,对它的研究一直备受关注,Navier-Stokes方程是偏微分方程组且对流项非线性,所以求解非常困难,而Oseen方程是Navier-Stokes方程的线性形式,因此它是研究Navier-Stokes方程的一个重要基础,对于Oseen方程的方法往往都能推广应用到Navier-Stokes方程中.所以使用混合有限元法研究Oseen方程一直是个热点问题,但是混合有限元求解时常常遇到两个困难:(1)其理论框架要求有限元空间组合满足inf-sup(Babuska-Brezzi)条件;(2)如果出现对流占优就会产生伪振荡.  本文将局部投影方法推广应用到非定常对流占优的Oseen方程,使用基于非残差的局部投影稳定化方法构造稳定的混合有限元格式,与RFB方法相比,本文引入的稳定项简单,该格式绕开了inf-sup条件的限制,而且还能克服对流占优.并且证明了此格式只需在投影空间和近似空间满足局部的inf-sup条件下存在唯一解,分别分析了半离散和全离散格式下的稳定性和误差估计.  第二章,我们给出了Sobolev空间的定义以及一些重要定理和常用不等式,也介绍了有限元方法的一些基础知识以及相关的性质和基本定理.  第三章,对非定常的Oseen方程使用半离散形式,详细介绍了局部投影稳定项和具有正交性的插值,证明了稳定性,并给出了速度和压力的误差估计.  第四章,对非定常的Oseen方程使用全离散形式,对时间使用向后差分格式,证明在整个时间上稳定的,并且使用一个具有正交性的插值给出了速度和压力的误差估计.
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