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2017 年度 実施状況報告書

圧縮性流体の基礎方程式系に対する構造解析と非線形安定性

研究課題

研究課題/領域番号 16K05237
研究機関熊本大学

研究代表者

中村 徹  熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 准教授 (90432898)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード非線形偏微分方程式論 / 粘性保存則 / エネルギー法 / 時間漸近挙動 / 圧縮性粘性流体 / 粘性衝撃波
研究実績の概要

本研究課題2年目に当たる平成29年度は, これまでの研究に引き続き圧縮性Navier-Stokes方程式や離散Boltzmann方程式などの気体運動のモデル方程式を研究対象とし, 粘性衝撃波などの非線形波の存在性及び漸近安定性に関する研究に取り組んだ. 具体的には熱流を考慮に入れた単独の保存則とCattaneo則に基づく方程式を組み合わせて得られる緩和的双曲型連立偏微分方程式系に対して, 1次元全空間における粘性衝撃波の存在性と漸近安定性の数学的証明を与えることに成功した. 本結果に関連するこれまでの研究結果では, 熱流にFourier則を与えて得られる単独粘性保存則に対しては粘性衝撃波の漸近安定性など数多くの結果が得られていたが, Cattaneo則に基づく連立系に対して同結果を示したのは本研究が初めてである. まず粘性衝撃波の存在性については, 1階の常微分方程式に帰着させることで示した. その際Laxの衝撃波条件が解の存在性を導く重要な条件であることを確認した. なお衝撃波の進行速度は緩和時間には依存せず, Fourier則に基づく単独粘性保存則の場合と同じ値になることを発見した. 漸近安定性については粘性衝撃波からの摂動に対して, 適当なSobolev空間における時間一様なアプリオリ評価を導出することにより証明した. 計算手法は摂動の積分量に対するエネルギー法による. さらに単独粘性保存則に対する重み付きエネルギー法を応用することにより, 時間漸近率の算出にも成功した.
Cattaneo型方程式系において緩和時間のゼロ極限を行うと, 形式的にFourier型の単独粘性保存則が得られる. この極限は初期層を生じる特異極限となるため, 解の収束性は決して自明ではないが, 本研究ではCattaneo型の解は緩和極限をとることでFourier型の解に収束することも証明出来た.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度の研究計画では粘性衝撃波など非線形波の解析が目標であったため, 研究実績の概要欄に記載した通りおおむね順調に進展していると言える.

今後の研究の推進方策

今後の研究計画としては,離散Boltzmann方程式等を包括するような一般的な緩和的双曲系に対して,半空間上の定常解や全空間上の粘性衝撃波・希薄波の解析を行うことが挙げられる.本問題については一部の具体的なモデル方程式については部分的な結果は得られているが,一般的な連立系についてはあまり結果が無い.そこで今後はこれまでの対称双曲・放物型連立系に対する一連の研究成果を緩和的対称双曲系へ応用し, 非線形波の存在性・漸近安定性に関する一般論の構築を目指す.

次年度使用額が生じた理由

平成29年度において国際研究集会への参加を計画していたが学内業務等により参加を断念したこと, 及び他経費により出張旅費や備品購入費を支出することが出来たこと等の理由により, 次年度使用額が生じた. 当該研究費は引き続き平成30年度に請求する研究費と併せて出張旅費及び備品購入費として使用する計画である.

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Asymptotic stability of degenerate stationary solution to a system of viscous conservation laws in half line2018

    • 著者名/発表者名
      T.Nakamura
    • 雑誌名

      AIMS Mathematics

      巻: 3 ページ: 35-43

    • DOI

      10.3934/Math.2018.1.35

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Existence and asymptotic stability of stationary waves for symmetric hyperbolic-parabolic systems in half line2017

    • 著者名/発表者名
      T.Nakamura and S.Nishibata
    • 雑誌名

      Math. Models and Meth. in Appl. Sci.

      巻: 27 ページ: 2071-2110

    • DOI

      10.1142/S0218202517500397

    • 査読あり
  • [学会発表] Viscous shock wave and singular limit for hyperbolic systems with Cattaneo's law2018

    • 著者名/発表者名
      T.Nakamura
    • 学会等名
      Mathematical Theory of Turbulence via Harmonic Analysisand Computational Fluid Dynamics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Viscous shock wave and singular limit for hyperbolic systems with Cattaneo's law2018

    • 著者名/発表者名
      T.Nakamura
    • 学会等名
      Recent development of mathematical fluid dynamics and hyperbolic conservation laws
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Viscous shock wave and singular limit for some hyperbolic system with relaxation2017

    • 著者名/発表者名
      T.Nakamura
    • 学会等名
      Workshop on Hyperbolic and Parabolic Systems
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2018-12-17  

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