孔春香

(延安大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院， 陜西 延安 716000)

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帶有大初始值和真空的Navier-Stokes-Maxwell系統(tǒng)的整體解

孔春香

(延安大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院， 陜西 延安 716000)

考慮了Navier-Stokes-Maxwell系統(tǒng)的初邊值問(wèn)題，借助經(jīng)典的能量方法和一些先驗(yàn)估計(jì)，獲得了系統(tǒng)的整體球?qū)ΨQ古典解。在這里允許真空和大初始值存在。

Navier-Stokes-Maxwell系統(tǒng)；整體古典解；真空；先驗(yàn)估計(jì)

1 引言

在這篇文章中，我們考察(0,∞)×Ω上Navier-Stokes-Maxwell系統(tǒng)：

(1)

其中,ρ,u,E,H,P分別表示流體的密度、速度、電場(chǎng)、磁場(chǎng)和壓力。正常數(shù)ν和ρb表示粘性系數(shù)和背景離子密度。Ω={x∈R3:a<|x|

(2)

(3)

u(x,t)→0,|x|→a,b,t≥0,E(x,t)→0,|x|→a,t≥0。

(4)

(5)

通過(guò)(5)式直接計(jì)算得

divu=Δu,u×H=0,×H=0,×E=0。

(6)

方程(1)變?yōu)?/p>

(7)

初始條件(3)和邊界條件(4)變?yōu)椋?/p>

(8)

u(r,t)→0,r→a,b,t≥0,E(r,t)→0,r→a,t≥0。

(9)

由方程(7),(8)進(jìn)行計(jì)算得

(10)

因此(7)式又可以寫為

(11)

初始條件(8)和邊界條件(9)變?yōu)椋?/p>

(12)

(13)

在具有初始真空和大初值條件下，F(xiàn)an等[1]考慮了系統(tǒng)(1)的整體球?qū)ΨQ古典解的存在性和唯一性。Hong等[2]研究了具有洛倫茲力的可壓縮的Navier-Stokes-Maxwell 系統(tǒng)的初邊值問(wèn)題，而且還獲得了球?qū)ΨQ古典解的存在性和唯一性。對(duì)于Cauchy問(wèn)題,馮躍紅等[3]借助經(jīng)典的能量方法和對(duì)稱技巧研究了三維全空間中Navier-Stokes-Maxwell 方程組解的漸近行為。Duan等[4]建立了三維可壓縮的系統(tǒng)(1)的整體解的存在性和大時(shí)間性質(zhì)。

當(dāng)電場(chǎng)和磁場(chǎng)不存在時(shí)，系統(tǒng)(1)就變成了Navier-Stokes方程組,有關(guān)Navier-Stokes方程組解的整體存在性和唯一性已有許多結(jié)果[5-7]。當(dāng)磁場(chǎng)不存在時(shí)，系統(tǒng)(1)就變成了Navier-Stokes-Poisson方程組,Li等[8]獲得了整體解的收斂率估計(jì)。在壓力滿足p(ρ)=aρlogdρ下，Zhang等[9]建立了Navier-Stokes-Poisson方程組解的整體存在性。

νΔu-P(ρ0)=ρ0g，

(14)

2 先驗(yàn)估計(jì)

在定理的假設(shè)下，下面引理都是成立的。

引理2.1 在定理的假設(shè)下，下列估計(jì)式成立：

utt∈L2(0,T;L2(a,b)), Et∈C(0,T;H2(a,b)), E∈C([0,T];H3(a,b))。

證明 見(jiàn)參考文獻(xiàn)[2]。

引理2.2 對(duì)?T>0,下列估計(jì)式成立：

證明 見(jiàn)參考文獻(xiàn)[5], m=2。

證明 由方程(11)中第2式關(guān)于r求兩次導(dǎo)數(shù)得

利用引理2.1和2.2得

引理2.4 對(duì)?T>0,下列估計(jì)式成立:

證明: 對(duì)(11)中第3式關(guān)于t求導(dǎo)，兩邊乘以Ett，利用Young不等式及引理2.1得

引理2.5 在定理的假設(shè)下，對(duì)?T>0,下列估計(jì)式成立：

證明 將(11)第2式變形得

(15)

對(duì)(15)式關(guān)于t求導(dǎo)得

(16)

(16)式關(guān)于t求導(dǎo)，結(jié)果乘以r2ρ2utt，在[a,b]上積分，利用2.1, Cauchy不等式得

從而有

上式在[0,t]上積分，利用引理2.1、2.2和2.4得

由(16)式,相容性條件(14)得

從而有

(17)

(16)式關(guān)于r求導(dǎo)得

(18)

由(17)、(18)式,引理2.1、2.2及Sobolev不等式得

引理2.6 對(duì)?T>0,下列估計(jì)式成立：

證明 見(jiàn)參考文獻(xiàn)[5],m=2。

引理2.7 對(duì)?T>0,下列估計(jì)式成立：

證明 (16)式關(guān)于t求導(dǎo)，結(jié)果乘以r2ρ4uttt,分部積分得

利用引理2.1、2.2、2.4、2.5、2.6和Cauchy不等式得引理2.7。

證明 對(duì)(11)中第4式關(guān)于r求三次導(dǎo)數(shù)，得

利用引理2.1、2.2有

對(duì)(11)中第3式分別關(guān)于r,t求導(dǎo)，利用引理2.1得

對(duì)(11)中第3式分別關(guān)于r求三次導(dǎo)數(shù),利用引理2.1,2.2得

聯(lián)立引理2.1～2.8我們完成了定理1的證明。

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Global solutions of Navier-Stokes-Maxwell system with large initial data and vacuum

KONG Chun-xiang

(College of Mathematics and Computer Science, Yan′an University, Yan′an, 716000 China)

∶This work was concerned with the initial boundary value problem of Navier-Stokes-Maxwell system. By means of the classical energy method and some priori estimates, the global spherically symmetric classical solutions for this system were obtained. Here the initial data can be large and initial vacuum is allowed.

∶ Navier-Stokes-Maxwell system; global classical solution; vacuum; a priori estimate

10.3976/j.issn.1002-4026.2017.03.014

2017-05-12

延安大學(xué)校級(jí)科研計(jì)劃(YDK2015-46,YDQ2016-22);陜西省教育廳科研項(xiàng)目(16JK1856)

孔春香(1980—)，女，碩士，講師，研究方向?yàn)槠⒎址匠?。E-mail；chunxiang1980@163.com

O175.2

A

1002-4026(2017)03-0082-06