广义二阶流体分数阶反常扩散速度场、应力场及涡旋层的理论分析

研究了在广义二阶流体中,由于平板在自身所在平面运动而引起的时间分数阶反常扩散速度场,以及由此所产生的应力场及涡旋层的反常扩散问题.许多经典的和前人所得到的结果,都可作为本文结果的特例而出现.例如,Wyss有关分数阶扩散方程的解;经典的Rayleigh时空相似性解;Bagley等人有关应力场和速度场之间的关系式;以及Podlubny所做的有关分数阶平板运动方程的解等.此外,还获得了许多有意义的理论结果.例如,时间分数阶扩散指数β大于广义二阶流体指数α是涡旋层生成的必要条件.涡量分布函数的建立依赖于流场该点速度剖面的时间历程, 而这种历程是可以用分数阶微积分来刻画的等.     

由分数Brown运动驱动的线性自排斥扩散的最小二乘估计

本文研究如下线性自排斥扩散过程的参数估计问题:X_t~H=B_t~H+θ∫_0~t∫_0~θ(X_B~H-X_u~H)dudθ+vt其中X_O~H=0,B~H是Hurst指数为1/2≤H1的分数Brown运动,且θ0和υ∈R是两个未知参数.该过程为一类自交互扩散过程的类似过程.在连续观测条件下,本文利用最小二乘法给出这两个参数的估计,并且讨论了它们的相合性和渐近分布.     

带初始奇异性的多项时间分数阶扩散方程一类全离散数值方法的误差分析

本文研究了带有初始奇异性的多项时间分数阶扩散方程的一种全离散数值方法.首先,基于L1公式在渐变网格下离散多项Caputo时间分数阶导数,构造了多项时间分数阶扩散方程的时间半离散格式,证明了时间格式通过选取合适的网格参数r,时间方向的误差可以达到最优的收敛阶2-α_1,其中α_1(0 α_11)为多项时间分数阶导数阶数的最大值.然后,空间采用谱方法进行离散,得到了全离散格式,证明了全离散格式的无条件稳定性和收敛性.为了降低计算量和储存量,对多项时间分数阶扩散方程又构造了时间方向的快速算法,同时证明了该格式的收敛性.数值算例验证了算法的有效性,显示了快速算法的高效性.     

传导-辐射对沿垂直平面有热泳的瞬时自然对流的影响

研究存在热辐射时,热泳微粒的沉积,对沿垂直平面瞬态自然对流边界层流动的影响,垂直平面浸没在光密灰色流体中.分析中采用Rosseland扩散近似表示辐射热通量项.将控制方程简化为抛物线型的偏微分方程组,然后在整个时间段0≤τ<∞,利用有限差分法数值求解.还得到了小数值时间和大数值时间的渐近解,发现渐近解和数值解吻合很得好.而且,流体,20℃和1个标准大气压下的空气,即Prandtl数Pr为0.7时,用图形给出了不同物理参数,即热辐射参数Rd、表面温度参数θw和热泳参数λ,对瞬时的表面剪切应力τw、表面热传输率qw和组分浓度扩散率(传质率)mw的影响,以及对瞬时的速度、温度和浓度分布曲线的影响.     

求解扩散—对流方程的CAYЛbEB型CE方法

1　引　　言扩散—对流方程是描述粘性流体运动的非线性方程—Burgers方程的线性化模型,并且它本身也描述了许多自然现象,例如在水中和大气中污染物质浓度的扩散,沿海盐度、温度扩散等.因此求解扩散—对流方程的计算方法引起了充分的重视.考虑扩散—对流方程的初边值问题如下:ut=aux+ε2ux2　(00)(1.3)其中a为常数,ε>0为小参数.对网格区域R{0≤x≤1,t>0}进行均匀剖分,其网格点xj=jh,j=0,1,…,J,h=1J;tn=nτ,n=0,1,….h和τ分别为空间步长和时间步长.关于问题(1.1)—…     

时间分数次扩散方程反演源项问题的迭代正则化方法

时间分数次扩散方程中反演源项问题是一类经典不适定问题.本文构造了一种新的迭代格式作为正则化方法,给出了先验和后验参数选取下相应的收敛性分析.数值算例验证该方法的有效性.     

一类非线性随机系统的状态反馈H∞控制

本文讨论了一类由Brown运动驱动的扩散项中同时具有控制和干扰信号的非线性随机系统的H∞控制问题.由二次不等式出发,结合配方法的原理得到一类含参数Hamilton-Jacobi方程(HJE),在此基础上分别得到了时域无限和时域有限的基于状态反馈的H∞控制.最后,结合具体例子讨论了这类含参HJE的求解问题.     

FENE-P流体混合层中拟序结构的研究

采用FENE-P模型对高雷诺数下二维粘弹性混合过程中拟序结构的演变进行了数值研究.由于对聚合物应力场采用了适当的滤波措施,得到了较AH更宽参数范围内FENE-P流体混合层流场中拟序结构的运动特性,计算结果表明:在流场中加入聚合物,基波和次谐波的发展受到抑制,涡量扩散加强,减慢了配对时两涡核的旋转运动,这种影响随Weissenberg数的增大而减小,但却随参数b的增大而加强.另外,与相同溶液粘度下的牛顿流体相比,配对过程中涡量完全合并的时刻延迟了.     

确定湍流的涡输运系数的新方法

本文发展了一种从基本运动方程确定湍流的涡粘度、涡扩散率和湍流Prandtl数的理论方法,区别于唯象方法,不需要借助经验参数;应用于均匀湍流,得到与实验结果一致的湍流Prandtl数;并且能计算Boussinesq模型的误差,评估各种方法的优劣.     

小行星共振轨道的稳定性

研究描述小行星运动的一个映射模型. 发现在相空间的混沌海和混合区域中的轨道扩散分别遵循指数律和代数律, 而小扰动对扩散过程有不可忽视的影响. 应用到小行星轨道运动问题时,该映射的不动点的位置、稳定性以及轨道扩散的性质定性地解释了小行星在主带(特别是在与木星轨道发生一阶共振处)的分布特征.     

空间-时间分数阶变系数对流扩散方程微分阶数的数值反演

考虑终值数据条件下一维空间-时间分数阶变系数对流扩散方程中同时确定空间微分阶数与时间微分阶数的反问题.基于对空间-时间分数阶导数的离散,给出求解正问题的一个隐式差分格式,通过对系数矩阵谱半径的估计,证明差分格式的无条件稳定性和收敛性.联合最佳摄动量算法和同伦方法引入同伦正则化算法,应用一种单调下降的Sigmoid型传输函数作为同伦参数,对所提微分阶数反问题进行精确数据与扰动数据情形下的数值反演.结果表明同伦正则化算法对于空间-时问分数阶反常扩散的参数反演问题是有效的.     

基于组合神经网络的时间分数阶扩散方程计算方法

该文首次采用一种组合神经网络的方法，求解了一维时间分数阶扩散方程.组合神经网络是由径向基函数（RBF）神经网络与幂激励前向神经网络相结合所构造出的一种新型网络结构.首先，利用该网络结构构造出符合时间分数阶扩散方程条件的数值求解格式，同时设置误差函数，使原问题转化为求解误差函数极小值问题；然后，结合神经网络模型中的梯度下降学习算法进行循环迭代，从而获得神经网络的最优权值以及各项最优参数，最终得到问题的数值解.数值算例验证了该方法的可行性、有效性和数值精度.该文工作为时间分数阶扩散方程的求解开辟了一条新的途径.     

一种求解运动曲面上对流扩散方程的三维水平集方法

给出了一种求解运动曲面上对流扩散方程的三维水平集算法. 水平集函数被用来表示曲面.曲面上的微分方程及其解通过水平集方法被延拓到包含曲面的一个小邻域中. 一种半隐式的Crank-Nicholson 格式被用来做时间推进, 中心差分和三阶加权实质无振荡(WENO) 格式被分别用来离散方程中的扩散项和对流项. 分析证明了它在标准的Courant-Friedrichs-Lewy (CFL) 条件下的稳定性. 数值算例显示了它能取得二阶精度.     

基于不同核函数的非参数与参数利率模型的国债定价

以上海证券交易所的国债回购利率数据为样本,本文采用两种不同核函数:高斯核和抛物线核对非参数利率期限结构模型进行估计.结果显示:短期利率的密度函数是非正态的,扩散过程的漂移函数和扩散函数都是非线性的,高斯核比抛物线核对扩散函数拟合更平滑.然后,给出了基于非参数和参数利率模型的国债定价的方法,并对非参数利率模型、Vasicek模型、CIR模型、多项式样条静态模型进行国债定价预测比较与分析.     

反应扩散递归神经网络全局指数稳定的鲁棒分析

主要讨论反应扩散递归神经阿络全局指数稳定的鲁棒分析.给定反应扩散递归神经网络是全局指数稳定,首先,在此神经网络基础上考虑噪音扰动,利用超越方程得到噪音密度的上界,在上界范围内,带噪音的反应扩散递归神经网络仍然是全局指数稳定.进一步,在反应扩散递归神经网络基础上同时考虑噪音扰动和连接权参数不确定,利用超越方程得到连接权参数和噪音密度上界,在两个参数描述的超越方程范围内,带噪音和连接权参数不确定的反应扩散递归神经网络仍然是全局指数稳定.最后给出数值算例证实相关理论的有效性.     

应用拉普拉斯变换和留数法求解常见非稳态扩散情况下的菲克定律

介绍了三维和一维扩散下的菲克定律,以及两类涉及到扩散的实际问题,即求扩散粒子通过曲面的扩散通量和求解扩散粒子的浓度分布.通过拉普拉斯变换和复变函数相关数学理论,求解了菲克扩散定律在无限长介质和有限长介质两种非稳态扩散情况下的解.粒子在无限长介质中的非稳态扩散和浓度分布可通过方程φ(z,t)=Φ·erfc(z/2DT~(1/2))表示.方程为余补高斯误差函数.粒子在有限长介质中的非稳态扩散和浓度分布可通过方程φ(z,t)=Φ+Φ·4/π∑_(n=1)~(+∞)((-1)~n)/(2n-1)cos[z/L(n-1/2)π]e~((D_t)/(L~2)(n-1/2)~2π~2)表示.该方程为无限加和形式,当n≥100000时,φ可以精确到小数点后6位,在方程的图像上不再能观察出由n的取值造成的误差.从方程的图像可得到粒子在扩散介质中达到饱和的时间或粒子扩散到z=0处的时间等具有重要物理意义的参数.     

非轴对称模型Hagen-Poiseuille流的不稳定性

本文讨论流体通过圆管的运动不稳定性问题.作为流体运动所受的扰动波,我们考虑一个三维非线性模型.它的相关振幅函数满足扩散方程,当流体的雷诺数增大时,由于复杂的分子扩散和流体粘性的相互作用.该方程的扩散系数会出现负值.在"负扩散"现象出现时.在流体运动中出现的"湍流段"内部会引起能量的集中和使流体的阻尼减少.文中所得结果对说明圆管流中出现湍流段的实验现象是有价值的.     

跳-扩散幂型支付的期权定价公式

假设股票价格服从跳扩散过程,并且参数为时间函数的条件下,利用等价鞅测度变换方法得到了幂型支付的欧式期权的定价公式.并且将其推广到有N个独立跳跃源的定价模型中.     

非退化扩散过程的相交性与极函数

该文证明了在适当的条件下,任何两个独立的一维扩散过程相交的概率为1,相交的时间集的Hausdorff维数为;讨论了扩散过程的极函数,在适当的条件下,得到了类似于Brown运动一样的结果．     

非时齐扩散模型中时变参数的局部线性估计

本文主要研究非时齐扩散模型中时变的漂移参数和扩散参数的局部线性估计。基于非时齐扩散模型的离散观测样本,首先得到了漂移参数的局部线性估计及其标准误差。然后,考虑到扩散参数的非负性,本文利用局部对数线性拟合的方法得到了扩散参数的核函数加权估计,并讨论了扩散项估计的渐近偏差、渐近方差和渐近正态性。最后,通过模拟研究表明所得局部估计有很好的拟合效果。