1. 引言
本文研究分数阶不可压缩Navier-Stokes方程的初值问题
(1.1)
在最大存在时间附近解的性质以及在齐次Sobolev空间的爆破性。其中
为流体的粘性系数,
表示“耗散强度”。向量函数
表示流体在
的未知速度,
是给定的初始速度,标量函数
表示流体在
所受的未知压力,
是关于空间变量
的Laplacian微分算子。
对于经典不可压缩Navier-Stokes方程,Kato T在文献 [1] 和Leray J在文献 [2] 中研究了解的局部存在性和唯一性。Benameur J在文献 [3] 中研究了非齐次Sobolev空间中解的爆破准则,即
,其中
是最大存在时间。Robinson JC,Sadowski W,Silva RP在文献 [4] 中证明了
,
。Cortissoz C,Montero JA,Pinilla CE在文献 [5] 中研究了解的
范数和
范数的下界。Cheskidov A,Zaya K在文献 [6] 中证明了解在
空间的强爆破估计。Benameur J在文献 [7] 中研究了解在
空间的爆破准则。
本文研究分数阶不可压缩Navier-Stokes方程(1.1)的解在
空间中的爆破和
范数衰减,以及解关于
范数和
范数和
范数的有界性,是对Benameur J文献 [3] [7] 中结论的推广。主要结果如下:
定理1 设
,
,
且
是方程(1.1)的极大解,若
,则有
定理2 设
,
且
是方程(1.1)的极大解,若
,则有
定理3 设
,
是方程(1.1)的极大解,若
,则有
定理4 设
,
是方程(1.1)的极大解,若
,则有
2. 预备知识
1) [7] Fourier变换定义为:
2) 分数阶Laplacian微分算子通过Fourier变换定义为:
关于
的更多详细描述见文献 [8]。
3) [7]
上函数
定义其卷积为:
4) [7] 若
和
是两个向量场,则
5) [7] 齐次Sobolev空间定义为:
,其范数为
6) [7] Lei-Lin空间定义为:
,其范数为
引理1 [9] 对于
,有
其中
。
引理2 [10] 设
且
,
,则存在常数
,使得
,有
若
,
,则存在常数
,使得
,有
引理3 [11] 设
且
,
,则存在常数
,使得
,
若
,
,则存在常数
,
引理4 [7] 对于
,若
,则存在常数
,
引理5 [12] Gronwall不等式(微分形式)设
是
上的非负绝对连续函数,
,
是
上的非负可积函数,且满足
那么
引理6 对于
,存在常数
,使得
,有
证明:设
3. 定理1的证明
证明:方程(1.1)在
空间下与u取内积
则有
又
由
则有
则
由引理5,对
因为
,所以
。
由引理1,
在
上对上式积分有
当
时,有
从而结论得证。
4. 定理2的证明
证明:方程(1.1)在
空间下与u取内积
则有
由引理2及不等式
有
则
由引理5,对于
,
因为
,所以
。
在
上对上式积分有
当
时,有
从而结论得证。
5. 定理3的证明
证明:方程(1.1)在
空间下与u取内积
则有
由引理3及不等式
有
在
上对上式积分有
从而结论得证。
6. 定理4的证明
证明:方程(1.1)在
空间下与u取内积
则有
由引理4,
由引理6,
则有
取
,对上式积分有
取
,
设
有
则
用任意的
替换
有
因此结论得证。
NOTES
*通讯作者。