Navier-Stokes-Cahn-Hillard方程在Morrey-Campanato空间中的正则性准则
Regularity Criteria for the Navier-Stokes-Cahn-Hillard Equation in the Morrey-Campanato Space
摘要: 本文给出了Navier-Stokes-Cahn-Hillard方程在三维Morrey-Campanato空间中解的一个正则性准则,利用了Gagliardo-Nirenberg不等式、Sobolev嵌入定理、插值不等式以及先验估计等。
Abstract: This paper gives a regularity criterion for the Navier-Stokes-Cahn-Hillard equation in the 3D Morrey-Campanato space which uses Gagliardo-Nirenberg inequality, Sobolev embedding theorem, interpolation inequality, and prior estimates.
文章引用:王乙竹, 宋悦. Navier-Stokes-Cahn-Hillard方程在Morrey-Campanato空间中的正则性准则[J]. 应用数学进展, 2021, 10(6): 2095-2104. https://doi.org/10.12677/AAM.2021.106219

1. 介绍

在本文中考虑在 3 上带有初值问题的Navier-Stokes-Cahn-Hillard方程

t u + ( u ) u + π ε Δ u = μ ϕ , (1.1)

t ϕ + ( u ) ϕ = Δ μ , (1.2)

Δ ϕ + f ( ϕ ) = μ , (1.3)

u = 0 , (1.4)

u ( x , 0 ) = u 0 , ϕ ( x , 0 ) = ϕ 0 , (1.5)

其中 u = ( u 1 ( x , t ) , u 2 ( x , t ) , u 3 ( x , t ) ) 表示速度场, π = π ( x , t ) 表示压强, ϕ = ϕ ( x , t ) 表示序参量, ε > 0 表示粘性系数, μ 表示化学势, f ( ϕ ) = 1 4 ( ϕ 2 1 ) 2 表示双井位势。

ϕ = 0 时,上述方程成为著名的Navier-Stokes方程。Navier-Stokes方程已经被进行了广泛的研究,其中最著名代表性的开创性成果来自于Leray [1] 和Hopf [2],他们对任意给定的初始速度 u 0 L 2 ( 3 ) 构建了方程的整体弱解,通常称为Leray-Hopf弱解。从20世纪70年代末开始,Scheffer便对Navier-Stokes方程弱解的部分正则性进行了研究,较深刻的结果由Caffarelli,Kohn,Nirenberg [3] 在1982年得到,他们给出了一个适当弱解的定义,并证明了这种解的奇异集的Hausdorff测度为零。

方程(1.1)~(1.5)是由Cahn-Hillard系统和不可压缩Navier-Stokes系统耦合而成。 [4] 中得到了二维Navier-Stokes-Cahn-Hillard系统弱解的H1正则性和H2时间正则性。关于更多Navier-Stokes-Cahn-Hillard系统的研究,请读者参考 [5] [6] [7] [8] [9]。

在 [10] 中,Montgomery-Smith证明了Navier-Stokes方程的对数改进正则性准则,即解u满足

0 T u L q p 1 + ln ( e + u L q ) d t < , 2 p + 3 q 1 , 2 < q <

那么u在 [ 0 , T ] × n 上是正则的。 [11] 中建立了Navier-Stokes方程的对数改进正则性准则。

本文给出了Navier-Stokes-Cahn-Hillard方程在三维Morrey-Campanato空间中解的一个正则性准则,主要结果如下,为方便起见,设 ε = 1

定理1.1 假设 ( u 0 , ϕ 0 ) H 1 ( 3 ) × H 2 ( 3 ) u 0 = 0 ,对于某个 T ( 0 < T < ) ( u , ϕ ) 是方程(1.1)~(1.5)在 [ 0 , T ) 上的局部光滑解。如果u满足:

0 T u M ˙ p , 3 r 2 1 r d t < , 0 < r < 1 , 2 p 3 r (1.6)

0 T u M ˙ p , 3 r 2 1 r + Δ ϕ L 2 2 1 + ln ( e + u L 6 ) d t < , 0 < r < 1 , 2 p 3 r (1.7)

那么 ( u , ϕ ) ( x , t ) 可以延拓超过T。

定理1.2 假设 ( u 0 , ϕ 0 ) H 1 ( 3 ) × H 2 ( 3 ) u 0 = 0 ,对于某个 T ( 0 < T < ) ( u , ϕ ) 是方程(1.1)~(1.5)在 [ 0 , T ) 上的局部光滑解。如果 u 满足:

0 T u M ˙ p , 3 γ 2 2 γ d t < , 0 < γ 1 , 2 p 3 γ (1.8)

0 T u M ˙ p , 3 γ 2 2 γ + Δ ϕ L 2 2 1 + ln ( e + u L 6 ) d t < , 0 < γ 1 , 2 p 3 γ (1.9)

那么 ( u , ϕ ) ( x , t ) 可以延拓超过T。

下面我们将介绍一些对定理证明有用的定义和引理。

2. 预备知识

以下定义和定理参考 [12] [13]。

定义2.1 对于 1 < p q ,Morrey-Campanato空间 M ˙ p , q 定义为

M ˙ p , q = { f L l o c p ( 3 ) : f M ˙ p , q = sup x 3 sup R > 0 R 3 / q 3 / p f L p ( B ( x , R ) ) < } ,

其中 B ( x , R ) 表示 3 上以x为圆心,R为半径的闭球。

定义2.2 对于 1 q p < ,定义齐次空间 N p , q 是关于函数f的空间且是 L q ( 3 ) 的子空间,其中f可以分解成一个原子序列 f = k g k ,其中函数 ( g k ) k L c o m p p ( 3 ) 且满足关于 g k 支集的直径 d k 的不等式: d k 1 k d k 3 q 3 p g k L p < N p , q 是一个Banach空间,其范数为 f N p , q = inf { k d k 3 q 3 p g k L p , f = k g k } ,其中下确界inf是指f分解成一个原子序列的所有可能性。

引理2.3 对于 1 q p < ,如果 p , q 满足 1 p + 1 p = 1 1 q + 1 q = 1 ,那么有

( M ˙ p , q ) * = N p , q .

即对于 f M ˙ p , q g N p , q ,有 3 f g d x f M ˙ p , q g N p , q

引理2.4 对于 1 q p < 2 1 q = 1 r 3 ,相应点乘是一个从 L 2 ( 3 ) × H ˙ r ( 3 ) N p , q ( 3 ) 的有界双线性算子,那么存在常数 C > 0 ,使得对于任意的 u L 2 ( 3 ) v H ˙ r ( 3 ) ,有 u v N p , q u L 2 ( 3 ) v H ˙ r ( 3 )

引理2.5 对于 0 r 3 2 ,设空间 M ( B ˙ r , 1 2 L 2 ) 3 中局部平方可积函数空间,相应点乘是Besov空间 B ˙ 2 r , 1 ( 3 ) L 2 ( 3 ) 的有界双线性映射。 M ( B ˙ r , 1 2 L 2 ) 上的范数由点乘算子的范数决定

f M ( B ˙ r , 1 2 L 2 ) = sup { f g L 2 : g B ˙ 2 r , 1 1 } ,

那么, f M ( B ˙ r , 1 2 L 2 ) 当且仅当 f M ˙ 2 , 3 r ( 3 )

引理2.6 (Gagliardo-Nirenberg不等式)对于 0 < q r 0 < α < 1 u W m , r ( n ) ,有

D j u L p C D m u L r α u L q 1 α ,

其中 j m α < 1 1 p = j n + α ( 1 r m n ) + ( 1 α ) 1 q

3. 定理证明

在这部分,我们将给出定理1.1和定理1.2的证明,利用先验估计和Gronwall不等式解决局部光滑解的正则性准则,即证明下式成立

lim sup t T ( u L 2 2 + Δ ϕ L 2 2 ) C . (3.1)

将方程(1.1)两端同时乘u,在 3 上积分并利用分部积分,得

1 2 d d t 3 | u | 2 d x + 3 | u | 2 d x = 3 μ ϕ u d x , (3.2)

将方程(1.2)两端同时乘 μ ,在 3 上积分并利用分部积分,得

1 2 d d t 3 ( | ϕ | 2 + 2 f ( ϕ ) ) d x + 3 μ ϕ u d x = 3 | μ | 2 d x , (3.3)

将(3.2)和(3.3)两式相加,得

1 2 d d t 3 ( | u | 2 + | ϕ | 2 + 2 f ( ϕ ) ) d x + 3 ( | u | 2 + | μ | 2 ) d x = 0 ,

我们获得基本能量估计

u L ( 0 , T ; L 2 ) + u L 2 ( 0 , T ; H 1 ) C , (3.4)

ϕ L ( 0 , T ; H 1 ) C , (3.5)

μ L 2 ( 0 , T ; L 2 ) C . (3.6)

将方程(1.2)两端同时乘 ϕ ,在 3 上积分并利用分部积分,结合(1.3),(1.4),Young’s不等式,得

1 2 d d t 3 | ϕ | 2 d x + d d t 3 | Δ ϕ | 2 d x = 3 ( ϕ 3 ϕ ) Δ ϕ d x = 3 3 ϕ 2 | ϕ | 2 d x 3 ϕ Δ ϕ d x 3 ϕ Δ ϕ d x 1 2 3 | Δ ϕ | 2 d x + 1 2 3 | ϕ | 2 d x ,

利用Gronwall不等式,获得估计

ϕ L 2 ( 0 , T ; H 2 ) C . (3.7)

下面将利用Gagliardo-Nirenberg不等式( n = 3 )

ϕ L 2 C ϕ L 6 ϕ H 2 , (3.8)

以及Sobolev嵌入定理

ϕ L 6 C ϕ H 1 , (3.9)

结合(1.3),(3.5)~(3.7),(3.8),(3.9),Hölder不等式,得

0 T 3 | Δ ϕ | 2 d x d t = 0 T 3 | ( f ( ϕ ) μ ) | 2 d x d t C 0 T 3 | μ | 2 d x d t + C 0 T 3 | ( ϕ 3 ϕ ) | 2 d x d t C + C 0 T 3 ϕ 4 | ϕ | 2 d x d t C + C ϕ L ( 0 , T ; L 2 ) 2 0 T ϕ L 4 d t C + C 0 T ϕ L 6 2 ϕ H 2 2 d t C + C ϕ L ( 0 , T ; H 1 ) 2 ϕ L 2 ( 0 , T ; H 2 ) 2 C ,

获得估计

ϕ L 2 ( 0 , T ; H 3 ) C , (3.10)

ϕ L 4 ( 0 , T ; L ) C , (3.11)

ϕ L 2 ( 0 , T ; L ) C ϕ L 2 ( 0 , T ; H 3 ) C . (3.12)

接下来我们将进行高阶估计,改写方程(1.1)为分量形式( i = 1 , 2 , 3 )

t u i + ( u ) u i + i π Δ u i = μ i ϕ ,

将上式左右两端同时乘 Δ u i ,对i求和,结合(1.3),(1.4),利用分部积分,有

1 2 d d t 3 | u | 2 d x + 3 | Δ u | 2 d x = i = 1 3 3 ( u ) u i Δ u i d x + i = 1 3 3 Δ ϕ i ϕ Δ u i d x , (3.13)

将(1.2)先作用 Δ ,再乘 Δ ϕ ,结合(1.3),(1.4),利用分部积分,得

1 2 d d t 3 | Δ ϕ | 2 d x + 3 | Δ 2 ϕ | 2 d x = R 3 Δ f ( ϕ ) Δ 2 ϕ d x i = 1 3 3 Δ ϕ i ϕ Δ u i d x i = 1 3 3 u i i ϕ Δ ϕ d x , (3.14)

将(3.13)和(3.14)相加,得

1 2 d d t 3 ( | u | 2 + | Δ ϕ | 2 ) d x + 3 ( | Δ u | 2 + | Δ 2 ϕ | 2 ) d x = 3 ( u ) u Δ u d x 2 i = 1 3 3 u i i ϕ Δ ϕ d x + 3 Δ f ( ϕ ) Δ 2 ϕ d x = I 1 + I 2 + I 3 . (3.15)

首先考虑u满足定理1.1中条件的情况,利用Hölder不等式,Young’s不等式,Sobolev嵌入定理(3.9),估计 I 3

I 3 = 3 Δ f ( ϕ ) Δ 2 ϕ d x = 3 Δ ( ϕ 3 ϕ ) Δ 2 ϕ d x = 3 ( 6 ϕ | ϕ | 2 + 3 ϕ 2 Δ ϕ Δ ϕ ) Δ 2 ϕ d x C ( ϕ L 6 ϕ L 6 2 + ϕ L 2 Δ ϕ L 2 + Δ ϕ L 2 ) Δ 2 ϕ L 2 C ( ϕ H 1 ϕ L 6 Δ ϕ L 2 + ϕ L 2 Δ ϕ L 2 + Δ ϕ L 2 ) Δ 2 ϕ L 2 1 4 Δ 2 ϕ L 2 2 + C ( ϕ L 6 2 Δ ϕ L 2 2 + ϕ L 4 Δ ϕ L 2 2 + Δ ϕ L 2 2 ) = 1 4 Δ 2 ϕ L 2 2 + C ( ϕ L 6 2 + ϕ L 4 + 1 ) Δ ϕ L 2 2 . (3.16)

利用Gagliardo-Nirenberg不等式(3.8),Sobolev嵌入定理(3.9)和(3.5), I 3 又可写成估计

I 3 1 4 Δ 2 ϕ L 2 2 + + C ( ϕ L 6 2 + ϕ L 4 + 1 ) Δ ϕ L 2 2 1 4 Δ 2 ϕ L 2 2 + + C ( ϕ H 1 2 + ϕ L 6 2 ϕ H 2 2 + 1 ) Δ ϕ L 2 2 1 4 Δ 2 ϕ L 2 2 + C ( Δ ϕ L 2 2 + 1 ) Δ ϕ L 2 2 . (3.17)

对于 I 1 I 2 的估计,分为两种情况。

第一种情况:当 2 < p 3 r 时,利用引理2.3,引理2.4,Young’s不等式和插值不等式 u H ˙ r u L 2 1 r u L 2 r 0 < r < 1 ,估计 I 1

I 1 = 3 ( u ) u Δ u d x u M ˙ p , 3 r u Δ u N p , 3 3 r u M ˙ p , 3 r u H ˙ r Δ u L 2 u M ˙ p , 3 r u L 2 1 r Δ u L 2 r Δ u L 2 1 = ( u M ˙ p , 3 r 2 1 r u L 2 2 ) 1 r 2 ( Δ u L 2 2 ) 1 + r 2 1 2 Δ u L 2 2 + C u M ˙ p , 3 r 2 1 r u L 2 2 . (3.18)

类似地,我们继续估计 I 2 ,得

I 2 = 2 i = 1 3 3 u i i ϕ Δ ϕ d x = 2 i = 1 3 3 u i i ϕ Δ ϕ d x C u M ˙ p , 3 r Δ ϕ Δ ϕ N p , 3 3 r C u M ˙ p , 3 r Δ ϕ H ˙ r Δ ϕ L 2 C u M ˙ p , 3 r Δ ϕ L 2 1 r Δ ϕ L 2 1 + r = C ( u M ˙ p , 3 r 2 1 r Δ ϕ L 2 2 ) 1 r 2 ( Δ ϕ L 2 2 ) 1 + r 2 C ( u M ˙ p , 3 r 2 1 r Δ ϕ L 2 2 ) 1 r 2 ( Δ ϕ L 2 Δ 2 ϕ L 2 ) 1 + r 2 1 4 Δ 2 ϕ L 2 2 + C Δ ϕ L 2 2 + C u M ˙ p , 3 r 2 1 r Δ ϕ L 2 2 . (3.19)

第二种情况:当 p = 2 时,利用引理2.5,Hölder不等式,Young’s不等式和插值不等式 u B ˙ 2 r , 1 u L 2 1 r u L 2 r 0 < r < 1 ,估计 I 1

I 1 = 3 ( u ) u Δ u d x u u L 2 Δ u L 2 u M ˙ 2 , 3 r u B ˙ 2 r , 1 Δ u L 2 u M ˙ 2 , 3 r u L 2 1 r Δ u L 2 r Δ u L 2 1 = ( u M ˙ 2 , 3 r 2 1 r u L 2 2 ) 1 r 2 ( Δ u L 2 2 ) 1 + r 2 1 2 Δ u L 2 2 + C u M ˙ 2 , 3 r 2 1 r u L 2 2 . (3.20)

同样估计 I 2 ,得

I 2 = 2 i = 1 3 3 u i i ϕ Δ ϕ d x C u Δ ϕ L 2 Δ ϕ L 2 C u M ˙ 2 , 3 r Δ ϕ B ˙ 2 r , 1 Δ ϕ L 2 C u M ˙ 2 , 3 r Δ ϕ L 2 1 r Δ ϕ L 2 1 + r = C ( u M ˙ 2 , 3 r 2 1 r Δ ϕ L 2 2 ) 1 r 2 ( Δ ϕ L 2 2 ) 1 + r 2 C ( u M ˙ 2 , 3 r 2 1 r Δ ϕ L 2 2 ) 1 r 2 ( Δ ϕ L 2 Δ 2 ϕ L 2 ) 1 + r 2 1 4 Δ 2 ϕ L 2 2 + C Δ ϕ L 2 2 + C u M ˙ 2 , 3 r 2 1 r Δ ϕ L 2 2 . 1 4 Δ 2 ϕ L 2 2 + C Δ ϕ L 2 2 + C u M ˙ 2 , 3 r 2 1 r Δ ϕ L 2 2 . (3.21)

将上述估计(3.16),(3.18)~(3.21)代入(3.15)中,得

1 2 d d t 3 ( | u | 2 + | Δ ϕ | 2 ) d x + 3 ( | Δ u | 2 + | Δ 2 ϕ | 2 ) d x C u M ˙ p , 3 r 2 1 r u L 2 2 + C u M ˙ p , 3 r 2 1 r Δ ϕ L 2 2 + C Δ ϕ L 2 2 + C ( ϕ L 6 2 + ϕ L 4 + 1 ) Δ ϕ L 2 2 C ( u M ˙ p , 3 r 2 1 r + ϕ L 6 2 + ϕ L 4 + 1 ) ( u L 2 2 + Δ ϕ L 2 2 ) ,

由(3.7),(3.11)可知,

0 T ( ϕ L 6 2 + ϕ L 4 + 1 ) d t C . (3.22)

利用Gronwall不等式,上式和定理假设条件(1.6),得

sup { u L 2 2 + Δ ϕ L 2 2 } ( u 0 L 2 2 + Δ ϕ 0 L 2 2 ) exp { 0 T ( u M ˙ p , 3 r 2 1 r + ϕ L 6 2 + ϕ L 4 + 1 ) d t } = ( u 0 L 2 2 + Δ ϕ 0 L 2 2 ) exp { T + 0 T ( ϕ L 6 2 + ϕ L 4 ) d t + 0 T u M ˙ p , 3 r 2 1 r d t } < . (3.23)

或将上述估计(3.16)~(3.20)代入(3.14)中,得

1 2 d d t 3 ( | u | 2 + | Δ ϕ | 2 ) d x + 3 ( | Δ u | 2 + | Δ 2 ϕ | 2 ) d x C ( u M ˙ p , 3 r 2 1 r + Δ ϕ L 2 2 + 1 ) ( u L 2 2 + Δ ϕ L 2 2 ) C ( u M ˙ p , 3 r 2 1 r + Δ ϕ L 2 2 1 + ln ( e + u L 6 ) + 1 ) ln ( e + u L 2 2 + Δ ϕ L 2 2 ) ( u L 2 2 + Δ ϕ L 2 2 ) ,

因此

d d t ln ( e + u L 2 2 + Δ ϕ L 2 2 ) C ( u M ˙ p , 3 r 2 1 r + Δ ϕ L 2 2 1 + ln ( e + u L 6 ) + 1 ) ln ( e + u L 2 2 + Δ ϕ L 2 2 ) ,

利用Gronwall不等式,定理假设条件(1.7),得

sup { u L 2 2 + Δ ϕ L 2 2 } ( e + u 0 L 2 2 + Δ ϕ 0 L 2 2 ) exp { exp { T + 0 T u M ˙ p , 3 r 2 1 r + Δ ϕ L 2 2 1 + ln ( e + u L 6 ) d t } } < . (3.24)

由(3.23),(3.24)可知,(3.1)成立,定理1.1得证。

最后考虑 u 满足定理1.2中条件的情况,对于 I 1 I 2 的估计,与之前类似,分为两种情况。

第一种情况:当 2 < p 3 γ 时,利用(1.4),引理2.3,引理2.4,Young’s不等式和插值不等式 u H ˙ γ u L 2 1 γ u L 2 γ 0 < γ 1 ,估计 I 1

I 1 = 3 ( u ) u Δ u d x = 3 ( ( u ) u ) u d x = 3 u u u + u ( | u | 2 2 ) d x = 3 u u u d x C u M ˙ p , 3 γ u u N p , 3 3 γ C u M ˙ p , 3 γ u H ˙ γ Δ u L 2 C u M ˙ p , 3 γ u L 2 u L 2 1 γ Δ u L 2 γ = C ( u M ˙ p , 3 γ 2 2 γ u L 2 2 ) 2 γ 2 ( Δ u L 2 2 ) γ 2 1 2 Δ u L 2 2 + C u M ˙ p , 3 γ 2 2 γ u L 2 2 . (3.25)

估计 I 2 ,得

I 2 = 2 i = 1 3 3 u i i ϕ Δ ϕ d x C u M ˙ p , 3 γ 2 ϕ Δ ϕ N p , 3 3 γ C u M ˙ p , 3 γ 2 ϕ H ˙ γ Δ ϕ L 2 C u M ˙ p , 3 γ Δ ϕ L 2 Δ ϕ L 2 1 γ Δ ϕ L 2 γ = C ( u M ˙ p , 3 γ 2 2 γ Δ ϕ L 2 2 ) 2 γ 2 ( Δ ϕ L 2 2 ) γ 2 C ( u M ˙ p , 3 γ 2 2 γ Δ ϕ L 2 2 ) 2 γ 2 ( Δ ϕ L 2 Δ 2 ϕ L 2 ) γ 2 1 4 Δ 2 ϕ L 2 2 + C Δ ϕ L 2 2 + C u M ˙ p , 3 γ 2 2 γ Δ ϕ L 2 2 . (3.26)

第二种情况:当 p = 2 时,利用引理2.5,Hölder不等式,Young’s不等式和插值不等式 u B ˙ 2 γ , 1 u L 2 1 γ u L 2 γ 0 < γ 1 ,估计 I 1

I 1 = 3 ( u ) u Δ u d x C u L 2 u u L 2 C u M ˙ 2 , 3 γ u B ˙ 2 γ , 1 u L 2 u M ˙ 2 , 3 γ u L 2 2 γ Δ u L 2 γ = ( u M ˙ 2 , 3 γ 2 2 γ u L 2 2 ) 2 γ 2 ( Δ u L 2 2 ) γ 2 1 2 Δ u L 2 2 + C u M ˙ 2 , 3 γ 2 2 γ u L 2 2 . (3.27)

用同样的方法估计 I 2 ,得

I 2 = 2 i = 1 3 3 u i i ϕ Δ ϕ d x C u L 2 2 ϕ Δ ϕ L 2 C u M ˙ 2 , 3 γ 2 ϕ B ˙ 2 γ , 1 Δ ϕ L 2 C u M ˙ 2 , 3 γ Δ ϕ L 2 2 γ Δ ϕ L 2 γ = C ( u M ˙ 2 , 3 γ 2 2 γ Δ ϕ L 2 2 ) 2 γ 2 ( Δ ϕ L 2 2 ) γ 2 C ( u M ˙ 2 , 3 γ 2 2 γ Δ ϕ L 2 2 ) 2 γ 2 ( Δ ϕ L 2 Δ 2 ϕ L 2 ) γ 2 1 4 Δ 2 ϕ L 2 2 + C Δ ϕ L 2 2 + C u M ˙ 2 , 3 γ 2 2 γ Δ ϕ L 2 2 . (3.28)

将上述估计(3.16),(3.25)~(3.28)代入(3.15)中,得

1 2 d d t 3 ( | u | 2 + | Δ ϕ | 2 ) d x + 3 ( | Δ u | 2 + | Δ 2 ϕ | 2 ) d x C u M ˙ p , 3 γ 2 2 γ u L 2 2 + C u M ˙ p , 3 γ 2 2 γ Δ ϕ L 2 2 + C Δ ϕ L 2 2 + C ( ϕ L 6 2 + ϕ L 4 + 1 ) Δ ϕ L 2 2 C ( u M ˙ p , 3 γ 2 2 γ + ϕ L 6 2 + ϕ L 4 + 1 ) ( u L 2 2 + Δ ϕ L 2 2 ) ,

利用Gronwall不等式,(3.22)和定理假设条件(1.8),得

sup { u L 2 2 + Δ ϕ L 2 2 } ( u 0 L 2 2 + Δ ϕ 0 L 2 2 ) exp { 0 T ( u M ˙ p , 3 γ 2 2 γ + ϕ L 6 2 + ϕ L 4 + 1 ) d t } = ( u 0 L 2 2 + Δ ϕ 0 L 2 2 ) exp { T + 0 T ( ϕ L 6 2 + ϕ L 4 ) d t + 0 T u M ˙ p , 3 γ 2 2 γ d t } < . (3.29)

或将上述估计(3.17),(3.25)~(3.28)代入(3.15)中,得

1 2 d d t 3 ( | u | 2 + | Δ ϕ | 2 ) d x + 3 ( | Δ u | 2 + | Δ 2 ϕ | 2 ) d x C ( u M ˙ p , 3 γ 2 2 γ + Δ ϕ L 2 2 + 1 ) ( u L 2 2 + Δ ϕ L 2 2 ) C ( u M ˙ p , 3 γ 2 2 γ + Δ ϕ L 2 2 1 + ln ( e + u L 6 ) + 1 ) ln ( e + u L 2 2 + Δ ϕ L 2 2 ) ( u L 2 2 + Δ ϕ L 2 2 ) ,

因此

d d t ln ( e + u L 2 2 + Δ ϕ L 2 2 ) C ( u M ˙ p , 3 γ 2 2 γ + Δ ϕ L 2 2 1 + ln ( e + u L 6 ) + 1 ) ln ( e + u L 2 2 + Δ ϕ L 2 2 ) ,

利用Gronwall不等式,定理假设条件(1.9),得

sup { u L 2 2 + Δ ϕ L 2 2 } ( e + u 0 L 2 2 + Δ ϕ 0 L 2 2 ) exp { exp { T + 0 T u M ˙ p , 3 γ 2 2 γ + Δ ϕ L 2 2 1 + ln ( e + u L 6 ) d t } } < . (3.30)

由(3.29),(3.30)可知,(3.1)成立,定理1.2得证。

参考文献

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https://doi.org/10.1007/BF02547354
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