不可压缩Navier-Stokes方程最优动力系统建模和分析

研究了同时满足任意速度边界条件和速度不可压条件的Navier-Stokes方程最优动力系统的建模方法.通过对方柱绕流问题的最优动力系统的建模与分析,发现该最优动力系统的动力学特性为极限环.同时,该最优动力系统仅使用了三个最优基函数就很好地描述了所有主要的流场特征和该问题的动力学特性,故满足任意速度边界条件和速度不可压条件Navier-Stokes方程最优动力系统的建模方法,能够用最少的基函数最大限度地描述复杂流体问题及其动力学特性.     

含压力基Navier-Stokes方程最优动力系统建模和分析

研究了采用压力基函数和速度基函数的Navier-Stokes方程的最优截断低维动力系统建模理论.在黏性不可压缩流体中模拟了并排三方柱绕流流场,对此流场进行了含压力基函数和速度基函数的Navier-Stokes方程的最优动力系统建模,并以此为工具分析了三方柱绕流最优动力系统的动力学特性.该研究得到了如下结论:三方柱绕流的最优动力系统的动力学行为为混沌,它与双方柱绕流场的极限环动力学特性有着本质的区别,因此可以通过多柱绕流增进尾流的复杂性,从而促进流体混合.     

三维广义Navier-Stokes方程的最优上下界

本文主要考虑三维广义Navier-Stokes方程的衰减率,其分数阶耗散项为Λ^2αu.我们证明,如果三维广义Navier-Stokes方程的弱解u(x,t)属于下面正则集▽u∈L^p(0,∞;B_q,∞⁰(R³)),2α/p+3/q=2α,3/2α0∈L²(R³)满足:∫_s²|w₀(r_ω)|²dω=Cr^2αγ-3+o(r^2αγ-3)(r→0),10/α-8≤γ≤25/2α-10.则其扰动方程的每个弱解v(x、t)以最优的上下界依代数收敛到u(x,t),C₁(1+t)^-γ/2≤‖v(t)-u(t)‖_L²≤C₂...     

复合Ginzburg-Landau方程的动力学行为分析

目前对非线性波动方程的研究大都仅限于静态波解,即所考虑的波解的波速、振幅、波宽都是不变的,考虑动态波解,以复合Ginzburg-Landau(CGLE)方程为研究对象,探讨其动力学行为.在假设示性函数的基础上,所研究的无穷维耗散系统转化为三维向量场,给出了简单分岔和Hopf分岔存在的条件,揭示了系统平衡点和极限环随系统参数的变化规律,分析了参数平面的不同区域中系统的相图特性,得到系统存在两种不同频率的周期解,此外还数值模拟了系统由倍周期分岔导致混沌的过程,揭示了系统的复杂性.     

Construction of Spatiotemporal-Coupling Optimal Low-Dimensional Dynamical Systems for Compressible Navier-Stokes Equations; [可压缩 Navier-Stokes 方程的时空耦合优化低维动力系统建模方法]北大核心CSCD

For the low-dimensional dynamical system model to study dynamics properties of Navier-Stokes equations, it is very important that the attraction domain of the low-dimensional model is the same as that of Navier-Stokes equations. However, to date, there is no universal approach to ensure this purpose for general problems. Herein, it is found that any low-dimensional model based on spatial bases, such as proper orthogonal decomposition bases, optimal spatial bases, and other classical spatial bases, is not predictable, i.e., the error increases with the time evolution of the flow field. With the theoretical framework for building optimal dynamical systems and the new concept of spatiotemporal-coupling spectrum expansion, the low-dimensional model for compressible Navier-Stokes equations was constructed to approximate the numerical solution to large-eddy simulation equations, and the numerical results and novel time evolution of spatiotemporal-coupling bases were given. The entire field error is typically below 10−2%, and the average error at each grid point is below 10−8%. The spatiotemporal-coupling optimal low-dimensional dynamical systems can ensure that the attraction domain of the low-dimensional model is the same as that of Navier-Stokes equations. Therefore, characteristic dynamics properties of spatiotemporal-coupling optimal low-dimensional dynamical systems are the same as those of real flow. © 2022 Editorial Office of Applied Mathematics and Mechanics. All rights reserved.     

关于轴对称Navier-Stokes方程正则性的一个注记

建立了一个关于轴对称不可压Navier-Stokes系统的正则性准则.证明了如果局部的轴对称光滑解u满足‖ωr‖_{Lα1((0,T);Lβ1)}+‖ωθ/r‖_{Lα2((0,T);Lβ2)}<∞,其中2/α₁+3/β₁≤1+3/β₁,2/α₂+3/β₂≤2和β₁≥3, β₂>3/2,那么此强解将保持光滑性直至时刻T.     

流面上的Navier-Stokes方程及其维数分裂方法

该文首先提出了流面和流层的概念,然后推导出了半测地坐标系下流层内的三维NS (Navier-Stokes)方程,以及流面上的二维NS方程.通过引入流面上的流函数,得到了流函数方程的非线性初边值问题,并讨论了方程解的存在性和唯一性.基于以上讨论,提出了求解三维NS方程的维数分裂方法, 并给出了算例.     

可压Navier-Stokes方程真空状态的动力学行为

本文主要考虑了一维可压Navier-Stokes方程真空状态的动力学行为.对于任意的熵弱解,如果初始状态不存在真空,我们证明了密度函数关于时间和空间变量是连续的且对于任意时间它是处处为正的.同时,我们还得到了含有间断连接的真空状态的整体熵弱解的存在性,结果显示其真空区域以代数速率被压缩,并在有限时间内消失.     

Navier-Stokes方程流函数形式两重网格算法的误差分析

对定常Navier-Stokes方程流函数形式两重网格有限元算法进行了误差分析。此方法包括在粗网格上求解一个非线性问题，在细网格上求解一个线性问题，然后再在粗网格上求解一个线性校正问题。分析了包括校正项和不包括校正项两种方法的误差，得出对于任意固定的Beynolds数，能达到最优逼近阶。     

GdKP方程的最优系统和群不变解

利用经典李群方法对Gd KP方程进行Lie对称分析,求得该方程的Lie对称代数,及其相应的约化方程和最优系统.更进一步,作者求出了d KP方程的部分群不变解.该方法在物理中有广泛的应用.     

A Nine-modes Truncation of the Plane Incompressible Navier-Stokes Equations

In this paper a nine-modes truncation of Navier-Stokes equations for a two-dimensional incompressible fluid on a torus is obtained. The stationary solutions, the existence of attractor and the global stability of the equations are firmly proved. What is more, that the force f acts on the mode ks and k7 respectively produces two systems, which lead to a much richer and varied phenomenon. Numerical simulation is given at last, which shows a stochastic behavior approached through an involved sequence of bifurcations.     

On Solvability of Functional Equations Relating to Dynamical Systems with Two Generators

In this paper, some solvability problems for functional equations of the form

耦合Higgs方程和Maccari系统的行波解分支

利用动力系统方法,对耦合Higgs方程和Maccari系统的定性行为和行波解进行了研究.基于这种方法,给出了系统在不同参数条件下的相图,得到了包括孤立波解和周期波解在内的行波解.运用数值模拟的方法,对方程的光滑孤立波解和周期波解进行了数值模拟.获得的结果完善了相关文献已有的研究成果.     

三维非定常/定常不可压缩流动N-S方程基于人工压缩性方法的数值模拟

基于人工压缩性方法提出—中心与迎风混合的算法,以数值模拟N-S方程的定常/非定常解．对半离散方程的左端采用中心差分, 方程右端数值流量采用迎风Roe近似算法,其精度可达三阶．湍流模式利用Baldwin-Lomax代数模式．计算例子包括二维平板、机翼剖面、扁椭球、颅动脉瘤等．计算结果表明,压力和摩擦系数与实验符合,在分离涡旋区计算值与实验有差别,这或许是由于湍流模式不够精确的缘故．     

结构种群动力系统

在这篇文章中,我们通过综述近２０年来对生理结构种群动力系统的研究概况,介绍了算子半群,分岔等非线性分析的数学理论,特别是无穷维动力系统理论在种群生态学研究中的应用。我们希望由此引起对如何应用现代数学理论研究种群生态学的更多的思考。     

二维不可压缩磁流体方程边界层分离的条件

该文研究了二维不可压缩磁流体方程的解,其中要求磁流体的速度满足Dirichlet边界条件、磁场在边界上的值与时间无关. 利用Taylor展开式和不可压缩流的结构分歧理论, 得到了磁流体方程发生边界层分离的条件, 它取决于外力、初值和磁场在边界上的取值, 并且该条件可以预测磁流体边界层分离发生的时间与地点.     

平面不可压缩Navier-Stokes方程五模系统的力学机理及能量演化

该文研究了平面不可压缩Navier-Stokes方程五模系统的力学机理及能量演化问题,通过将五模混沌系统转换成Kolmogorov形系统,把系统的力矩分为三种类型:惯性力矩,耗散力矩和外力矩.通过不同力矩的结合分析和研究了系统产生混沌的关键因素和物理意义.讨论了能量与雷诺数之间的关系.研究表明三种力矩的耦合是产生混沌的必要条件,而且只有耗散力矩和驱动力矩(外力矩)相匹配时,系统才能产生混沌,其中任何两种力矩耦合均不可能产生混沌.外力矩给系统提供能量,导致系统失稳出现分岔与混沌.引进Casimir函数分析系统的动力学行为和能量演化,并估计混沌吸引子的界.Casimir函数反映了能量转换和轨道与平衡点间的距离.     

具有缺陷的不可压缩neo-Hookean球壳的动力学行为的定性分析

研究了一类具有缺陷的不可压缩超弹性材料球壳的径向对称运动问题,该类材料可以看作是带有径向摄动的均匀各向同性不可压缩的neo-Hookean材料．得到了描述球壳内表面运动的二阶非线性常微分方程,并给出了方程的首次积分．通过对微分方程的解的动力学行为的分析,讨论了材料的缺陷参数和球壳变形前的内外半径的比值对解的定性性质的影响,并给出了相应的数值算例．特别地,对于一些给定的参数,证明了存在一个正的临界值,当内压与外压之差小于临界值时,球壳内表面随时间的演化是非线性周期振动;当内压与外压之差大于临界值时,球壳的内表面半径随时间的演化将无限增大,即球壳最终将被破坏．     

Parallel Computation and Measurement Uncertainty in Nonlinear Dynamical Systems

In certain physical systems measuring one variable of the system modifies the values of any number of other variables unpredictably. We show in this paper that under these conditions a parallel approach succeeds in carrying out the required measurement while a sequential approach fails. Specifically, we show that for a nonlinear dynamical system, namely, the Belousov–Zhabotinskii chemical reaction, measurement disturbs the equilibrium of the system and causes it to enter into an undesired state. If, however, several measurements are performed in parallel, the effect of perturbations seems to cancel out and the system remains in a stable state.Mathematics Subject Classifications (2000) 37-XX, 37C75, 68Q10, 68Q25, 68W10.This research was supported by the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada.