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2017 Fiscal Year Annual Research Report

Well-posedness and stability of incompressible and compressible flows with phase transition

Research Project

Project/Area Number 16H03945
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

清水 扇丈  京都大学, 人間・環境学研究科, 教授 (50273165)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 森本 芳則  京都大学, 人間・環境学研究科, 名誉教授 (30115646)
小林 孝行  大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (50272133)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2021-03-31
Keywords偏微分方程式 / 流体方程式 / 関数解析 / 実解析 / 最大正則性 / 自由境界問題
Outline of Annual Research Achievements

Navier-Stokes (N-S)方程式の初期値問題のスケール不変空間における適切性について以下の結果を得た. まず, 初期値が斉次Besov空間, 外力が時間重み付き斉次Besov空間に属し十分小さなときに, 時間重み付き斉次Besov空間に属する解が存在し, 時間大域的に適切であることを証明した. また初期値, 外力共に高周波部分に制限を加えた同じクラスの大きなデータに対して, 時間局所解が一意に存在することを証明した. 次に, Stokes方程式の初期値問題に対する最大Lorentz正則性の結果を導き, N-S方程式の初期値問題に対して, スケール不変空間として初期値が斉次Besov空間, 外力が空間変数について斉次Besov空間, 時間変数についてLorentz空間に属し十分小さなときに, Serrinクラスに属する時間大域解の一意存在を証明した. そして, この結果の応用として, 特異なデータに対して, 具体的には2次元ではDiracのDelta関数を初期値及び外力データとして, 3次元では球面上1重層ポテンシャルとしてのDelta関数をデータとしてそのN-S方程式の解がSerrinクラスに属することを証明した.
減衰しない初期データに対するN-S方程式の初期値ー境界値問題として, 2次元外部領域において, L無限クラスの初期値に対し, 時間大域解の一意存在を証明した. また, 2次元半平面(3次元半空間)において, L無限かつ2より(3より)大きな指数pに対し, 1階微分がLpとなるクラスに属する減衰しない初期データに対し, 時間大域解の一意存在を証明した. 2次元の解は時間が少し経過した後は古典解となるが, 3次元の解は弱解である.
さらに, 有界領域における電磁流体方程式の平衡解の安定性を, 時間重み付き最大正則性を用いて臨界関数空間で証明した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

Navier-Stokes (N-S)方程式の初期値問題のスケール不変空間における適切性, 及び減衰しない初期データに対するN-S方程式の初期値ー境界値問題に対して相当の研究成果が得られたため.

Strategy for Future Research Activity

今後は主として端点正則性定理と自由境界問題についての研究を遂行する.

  • Research Products

    (25 results)

All 2019 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (10 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Peer Reviewed: 10 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 8 results) Funded Workshop (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Martin-Luther University(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      Martin-Luther University
  • [Int'l Joint Research] University of Campania Luigi Vanvitelli(イタリア)

    • Country Name
      ITALY
    • Counterpart Institution
      University of Campania Luigi Vanvitelli
  • [Journal Article] Strong solutions of the Navier-Stokes equations based on the maximal Lorentz regularity theorem in Besov spaces2019

    • Author(s)
      H. Kozono, S. Shimizu
    • Journal Title

      J. Funct. Anal.

      Volume: 276 Pages: 896--931

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.jfa.2018.06.006

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Modeling of two-phase flows with and without phase transitions. Handbook of mathematical analysis in mechanics of viscous fluids2018

    • Author(s)
      Jan Pruess, Senjo Shimizu
    • Journal Title

      Springer, Cham.

      Volume: --- Pages: 1007 - 1044

    • DOI

      DOI 10.1007/978-3-319-10151-4_24-1

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Global existence of solutions to 2-D Navier-Stokes flow with non-decaying initial data in half-plane2018

    • Author(s)
      Paolo Maremonti, Senjo Shimizu
    • Journal Title

      J. Differential Equations

      Volume: 265 Pages: 5352 - 5383

    • DOI

      doi.org/10.1016/j.jde.2018.07.004

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Navier-Stokes equations with external forces in time-weighted Besov spaces2018

    • Author(s)
      Hideo Kozono, Senjo Shimizu
    • Journal Title

      Math. Nachr.

      Volume: 291 Pages: 1781 - 1800

    • DOI

      doi.org/10.1002/mana.201700078

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Global existence of solutions to 2-D Navier-Stokes flow with non-decaying initial data in exterior domains2018

    • Author(s)
      Paolo Maremonti, Senjo Shimizu
    • Journal Title

      J. Math. Fluid Mech.

      Volume: 20 Pages: 899 - 927

    • DOI

      DOI.org./10.1007/s00021-017-0348-z

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] On a Navier-Stokes-Ohm problem from plasma physics2018

    • Author(s)
      Jan Pruess, Senjo Shimizu
    • Journal Title

      J. Evol. Equ.

      Volume: 18 Pages: 351 - 371

    • DOI

      DOI 10.1007/s00028-017-0404-4

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Strong solutions of the Navier-Stokes equations with singular data. Mathematical analysis in fluid mechanics2018

    • Author(s)
      Hideo Kozono, Senjo Shimizu
    • Journal Title

      Contemp. Math., Amer. Math. Soc., Providence

      Volume: 710 Pages: 163 - 173

    • DOI

      doi.org/10.1090/conm/710/14369

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Navier-Stokes equations with external forces in Lorentz spaces and its application to the self-similar solutions2018

    • Author(s)
      Hideo Kozono, Senjo Shimizu
    • Journal Title

      J. Math. Anal. Appl.

      Volume: 458 Pages: 1693 - 1708

    • DOI

      Doi. Org/10.1016/j.jmaa.2017.10.048

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Remark on the uniqueness of a mild solution of the Boltzmann equation in the critical Besov space2017

    • Author(s)
      Takayoshi Ogawa, Senjo Shimizu
    • Journal Title

      RIMS Kokuroku Bessatsu

      Volume: B67 Pages: 83 - 105

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Qualitative behaviour of incompressible two-phase flows with phase transitions: the isothermal case2017

    • Author(s)
      Jan Pruess, Senjo Shimizu
    • Journal Title

      Proc. Indian Acad. Sci. Math. Sci.

      Volume: 127 Pages: 815 - 831

    • DOI

      DOI 10.1007/s12044-017-0365-0

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Characterization of initial data in the homgeneous Besov space for solutions in the Serrin class of the Navier-Stokes equations2019

    • Author(s)
      清水扇丈
    • Organizer
      第16回浜松偏微分方程式研究集会(静岡大学浜松キャンパス)
    • Invited
  • [Presentation] Global existence of solutions to 2-D Navier-Stokes flow with non-decaying initial data in half-plane2019

    • Author(s)
      Paolo Maremonti, 清水扇丈
    • Organizer
      2019年度日本数学会年会(東京工業大学), 函数方程式論分科会
  • [Presentation] On stability of a Navier-Stokes-Ohm problem from plasma physics2019

    • Author(s)
      Jan Pruess, 清水扇丈
    • Organizer
      2019年度日本数学会年会(東京工業大学), 函数方程式論分科会
  • [Presentation] 斉次Besov空間に初期値をとるNavier-Stokes方程式の解の一意存在とその解析性2018

    • Author(s)
      岡田晃, 小薗英雄, 清水扇丈
    • Organizer
      2018年度日本数学会年会(東京大学), 函数方程式論分科会
  • [Presentation] Necessary and sufficient condition on initial data for solutions in the Serrin class of the Navier-Stokes equations2018

    • Author(s)
      Senjo Shimizu
    • Organizer
      Mathematical Fluid Mechanics and Related Topics(東京工業大学)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Characterization of initial data in the homogeneous Best space for solutions in the Serrin class of the Navier-Stokes equations2018

    • Author(s)
      Senjo Shimizu
    • Organizer
      International Conference on PDEs from Fluids, Wuhan University, Wuhan, China
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Characterization of initial data in the homogeneous Best space for solutions in the Serrin class of the Navier-Stokes equations2018

    • Author(s)
      清水扇丈
    • Organizer
      RIMS共同研究(公開型)「関数空間の一般化とその周辺」
    • Invited
  • [Presentation] Characterization of initial data in the homgeneous Besov space for solutions in the Serrin class of the Navier-Stokes equations2018

    • Author(s)
      清水扇丈
    • Organizer
      第8回弘前非線形方程式研究会(弘前大学)
    • Invited
  • [Presentation] Strong solutions of the Navier-Stokes equations based on the maximal Lorentz regularity theorem in Besov spaces2017

    • Author(s)
      Senjo Shimizu
    • Organizer
      Vorticity, Rotation and Symmetry (IV); Complex Fluids and the Issue of Regularity, CIRM, France.
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Strong solutions of the Navier-Stokes equations based on the maximal Lorentz regularity theorem in Besov spaces2017

    • Author(s)
      Senjo Shimizu
    • Organizer
      The 13th KWMS International Conference, POSTECH, Korea.
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Besov空間値の最大Lorentz正則性に基づくNavier-Stokes方程式の強解について2017

    • Author(s)
      清水扇丈
    • Organizer
      第6回岐阜数理科学研究集会(岐阜大学サテライトキャンパス)
    • Invited
  • [Presentation] Navier-Stokes方程式の強解の正則性と漸近挙動2017

    • Author(s)
      岡田晃, 小薗英雄, 清水扇丈
    • Organizer
      2017年度日本数学会秋季総合分科会(山形大学), 函数方程式論分科会
  • [Funded Workshop] Maximal regularity and nonlinear PDE (RIMS共同研究(公開型)特別計画)2019

URL: 

Published: 2019-12-27  

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