1. 介绍
本文讨论在二维空间下粘弹性相分离模型强解的存在性
(1.1)
(1.2)
(1.3)
(1.4)
(1.5)
其中
为聚合物分子的体积分数,q为聚合物相互作用产生的体应力,u为由溶剂与聚合物速度组成的体积平均速度,
和
代表移动性函数,
代表广义弛豫时间,
代表体模量,
为粘度,
和
是正常数,
而
且满足
,
,
,对于
,其中,
并且
,对于
。
这里
是具有利普希茨边界条件的有界域,该模型具有以下初始条件和边界条件
以下是论文中涉及到的符号假设。在后续内容中,将假设所有共函数都是连续正有界的,
,
,
对于
,其中
,
,
,
。还需假设函数对于
是连续正有界的,表示如下
,
对于
,其中
,
。
二元流体的相分离是软物质物理学中的一个基本过程。对于牛顿流体来说,这种现象是很普遍的。粘弹性相分离可以用由相位演化的Cahn-Hilliard方程、低流体演化的Navier-Stokes方程和粘弹性构象张量的时间演化组成的耦合系统来描述。其中
的相位变量主要受自由能泛函的低梯度控制,并与所涉及过程的热力学密切相关。对于该模型已经有人得出三维空间整体弱解的存在性,而更加复杂的模型如 [1] 中,也已经得出模型二维空间弱解的存在性以及弱解强解唯一性的结论,本文主要是对 [1] 中的模型简化处理后的方程,讨论研究其在二维空间的整体强解的存在性问题,采用对方程进行更高阶的处理方式,故而得到比 [1] 中的解阶数更高的整体强解,这是本文的重要创新点,这样得到的强解识别性更强,但是进行更高阶处理的同时,对后续估计工作增加的难度,这也是本文的主要难点。此外,本文对原方程进行简单的处理,并且增加了控制项,使得后续的计算证明变得更加简便明确。
本文使用的模型类似于 [1] 、 [2] 和 [3] 中的粘弹性相分离模型,主要研究粘弹性考虑了弹性构象张量的时间演化的模糊彼得林模型,而不是经典Oldroyd-B模型。彼得林模型 [2] 可以看作是经典Oldroyd-B模型的非线性推广。因此,本文整体强解的存在性结果也适用于 [3] 和 [4] 中的粘弹性相分离模型。文献 [5] 中研究了强解的良好性,文中使用的迁移率函数和融合共聚物的模型可以在 [6] 和 [7] 中得到详细解释。更多的关于粘弹性相分离模型的研究,请读者参考 [8] [9] [10] 。
主要结论为以下定理
定理1 假设
,这里
是
上的光滑区域,对于任意有限时间
,方程(1.1)~(1.5)在区域
上存在强解
。
下面将介绍一些定理证明所用到的定义和引理。
2. 准备工作
以下定义和引理参考 [1] [2]
定义2.1 假设
,这里
是
上光滑区域,若对
有
,
,
。
是方程(1.1)~(1.5)的弱解。
定义2.2 假设
,这里
是
上的光滑区域,对于任意有限时间
,若
满足
,
,
。
是方程(1.1)~(1.5)的强解。
引理2.1 (Sobolev不等式)设p满足
,对于一切
,
其中q满足
。
引理2.2 (Gagliardo-Nirenberg不等式)对于
,
,
,这里
是边界光滑的区域,有
其中
,
。
引理2.2 (Gronwall不等式)设
是
到
的连续函数,
且满足
,有
。
3. 二维空间的强解存在性证明
本节中将给出本文中的定理1的证明。
证明:若要证明定理1,则要假设解
是光滑的,对(1.1)作用
,右乘
,对(1.2)作用
,右乘
,对(1.3)右乘
,得
其中
结合Young’s不等式,Gagliardo-Nirenberg不等式,Hölder不等式,嵌入定理,得到
再令
其中
结合Young’s不等式,Gagliardo-Nirenberg不等式,Hölder不等式,嵌入定理,对
的第一部分进行估计得到
同理,对
的第二部分进行估计得到
再对
的第三部分进行估计得到
将上述不等式相加可以得到
对于
结合Young’s不等式,Gagliardo-Nirenberg不等式,Hölder不等式,嵌入定理,对
的第一部分进行估计得到
同理,对
的第二部分进行估计得到
将上述不等式相加可以得到
令
则
对于
同理,对
的第一部分进行估计得到
同理,对
的第二部分进行估计得到
将上述不等式相加可以得到
由于
和
的第一部分估计方式相同,而
和
的第二部分估计方式相同,所以
结合Young’s不等式,Gagliardo-Nirenberg不等式,Hölder不等式,嵌入定理,对
进行估计得到
同理,对
进行估计得到
将上述不等式相加得到
的估计为
令
,结合Young’s不等式,Gagliardo-Nirenberg不等式,Hölder不等式,嵌入定理,得到
令
,同上可以得到
而对
的估计可以写为
对
分别进行估计可以得到
将上述不等式相加可以得到
令
,
其中
可以写成下式
对
的第一部分进行估计可以得到
对
的第二部分进行估计可以得到
由于
和
的估计方式相同,所以
同理
可以也写成下式
对
的第一部分进行估计可以得到
对
的第二部分进行估计可以得到
令
,结合Young’s不等式,Gagliardo-Nirenberg不等式,Hölder不等式,嵌入定理,得到
令
,同理可以得到
令
,同理可以得到
再综合对
的估计可以得到
由定理2.1的假设条件可知,对任意有限时间T
又因为(1.1)~(1.5)对任意有限时间T存在弱解,所以有
设
且
,
利用引理2.2 (Gronwall不等式),带入对
的估计可以得到
综上所述,可以证明定理2.1成立,那么由弱解的存在性,可以得到粘弹性相分离模型在二维空间中整体强解的存在性。