粘弹性相分离模型在二维空间中强解的整体存在性
The Overall Existence of Strong Solution for Viscoelastic Phase Separation Model in the Two Dimensional Space
DOI: 10.12677/AAM.2023.126275, PDF, HTML, XML, 下载: 141  浏览: 196 
作者: 裴小田:辽宁师范大学数学学院,辽宁 大连
关键词: 粘弹性相分离模型强解二维空间Viscoelastic Phase Separation Model Strong Solution Two Dimensional Space
摘要: 本文给出了粘弹性相分离模型在二维空间下强解的整体存在性,使用Gagliardo-Nirenberg不等式、Sobolev不等式和Gronwall不等式进行证明,还使用了先验估计的证明方法。
Abstract: We present the overall existence of strong solutions for the viscoelastic phase separation model in two dimensions, using Gagliardo-Nirenberg inequality, Sobolev inequality and Gronwall inequality, and also the proof method of prior estimation.
文章引用:裴小田. 粘弹性相分离模型在二维空间中强解的整体存在性[J]. 应用数学进展, 2023, 12(6): 2749-2757. https://doi.org/10.12677/AAM.2023.126275

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

ϕ t + u ϕ = d i v ( m ( ϕ ) μ ) κ d i v ( n ( ϕ ) ( A ( ϕ ) q ) ) , (1.1)

q t + u q = 1 τ ( ϕ ) q + A ( ϕ ) Δ ( A ( ϕ ) q ) κ A ( ϕ ) d i v ( n ( ϕ ) μ ) + ε Δ q , (1.2)

u t + ( u ) u = d i v ( η ( ϕ ) ( u + ( u ) T ) ) P + ϕ μ , (1.3)

d i v ( u ) = 0 , (1.4)

μ = Δ ϕ + f ( ϕ ) , (1.5)

其中 ϕ 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, m ( ϕ ) n ( ϕ ) 代表移动性函数, τ ( ϕ ) 代表广义弛豫时间, A ( ϕ ) 代表体模量, η ( ϕ ) 为粘度, ε κ 是正常数, f ( ϕ ) = F ( ϕ ) F ( ϕ ) = a ϕ 2 ( ϕ 1 ) 2 且满足 | F ( s ) | c 1 | s | p + c 2 | F ( ϕ ) | c 3 | ϕ | p 1 + c 4 | F ( ϕ ) | c 5 | s | p 2 + c 6 ,对于 p 2 ,其中, F C 2 ( R ) 并且 c i > 0 ,对于 i { 1 , , 6 }

这里 Ω R 2 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

( ϕ , q , u ) | t = 0 = ( ϕ 0 , q 0 , u 0 ) , n ϕ | Ω = n μ | Ω = n q | Ω = 0 , u | Ω = 0.

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, 0 < τ 1 τ ( s ) τ 2 0 < A 1 A ( s ) A 2 0 < η 1 η ( s ) η 2 对于 s R ,其中 τ τ 2 A A 2 A A 2 η η 2 。还需假设函数对于 m , n 是连续正有界的,表示如下 0 < m 1 m ( s ) m 2 0 < n 1 n ( s ) n 2 对于 s R ,其中 m m 2 n n 2

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 ϕ 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 ( ϕ 0 , q 0 , u 0 ) H 2 ( Ω ) × H 1 ( Ω ) × H 1 ( Ω ) ,这里 Ω R 2 上的光滑区域,对于任意有限时间 T > 0 ,方程(1.1)~(1.5)在区域 Ω 上存在强解 ( ϕ , q , u )

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 ( ϕ 0 , q 0 , u 0 ) H 2 ( Ω ) × H 1 ( Ω ) × H 1 ( Ω ) ,这里 Ω R 2 上光滑区域,若对 ( ϕ , q , u ) ϕ L ( 0 , T ; H 2 ( Ω ) ) q L ( 0 , T ; H 1 ( Ω ) ) u L ( 0 , T ; H 1 ( Ω ) ) ( ϕ , q , u ) 是方程(1.1)~(1.5)的弱解。

定义2.2 假设 ( ϕ 0 , q 0 , u 0 ) H 2 ( Ω ) × H 1 ( Ω ) × H 1 ( Ω ) ,这里 Ω R 2 上的光滑区域,对于任意有限时间 T > 0 ,若 ( ϕ , q , u ) 满足 ϕ L ( 0 , T ; H 2 ( Ω ) ) q L ( 0 , T ; H 1 ( Ω ) ) u L ( 0 , T ; H 1 ( Ω ) ) ( ϕ , q , u ) 是方程(1.1)~(1.5)的强解。

引理2.1 (Sobolev不等式)设p满足 1 p < n ,对于一切 u C 0 ( R n )

u L q C D u L p ,

其中q满足 1 q = 1 p 1 n

引理2.2 (Gagliardo-Nirenberg不等式)对于 0 < q , r 0 < α < 1 u W m , r ( Ω ) ,这里 Ω 是边界光滑的区域,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

引理2.2 (Gronwall不等式)设 η [ 0 , T ] [ 0 , ) 的连续函数, η ( t ) 0 且满足

η ( t ) ϕ ( t ) η ( t ) + ψ ( t ) ,有 η ( t ) e 0 t ϕ ( s ) d s [ η ( 0 ) + 0 t ψ ( s ) d s ]

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 ( ϕ , q , u ) 是光滑的,对(1.1)作用 Δ ,右乘 Δ ϕ ,对(1.2)作用 ,右乘 q ,对(1.3)右乘 Δ u ,得

1 2 d d t Ω | Δ ϕ | 2 d x = Ω Δ ( u ϕ ) Δ ϕ d x + Ω Δ ( d i v ( m ( ϕ ) μ ) ) Δ ϕ Ω Δ ( κ d i v ( n ( ϕ ) ( A ( ϕ ) q ) ) ) Δ ϕ d x = Ω m ( ϕ ) | Δ 2 ϕ | 2 d x Ω Δ ( u ϕ ) Δ ϕ d x + Ω Δ ( m ( ϕ ) ϕ μ + m ( ϕ ) Δ F ( ϕ ) ) Δ ϕ d x Ω κ d i v ( n ( ϕ ) ( A ( ϕ ) q ) ) Δ 2 ϕ d x ,

1 2 d d t Ω | q | 2 d x = Ω ( u q ) q d x Ω ( 1 τ ( ϕ ) q ) q d x + Ω ( A ( ϕ ) Δ ( A ( ϕ ) q ) ) q d x Ω ( κ A ( ϕ ) d i v ( n ( ϕ ) μ ) ) q d x + Ω ( ε Δ q ) q d x = Ω ε | Δ q | 2 d x Ω 1 τ ( ϕ ) | q | 2 d x Ω | A ( ϕ ) Δ q | 2 d x Ω ( u q ) q d x Ω ( 1 τ ( ϕ ) q ) q d x Ω A ( ϕ ) A ( ϕ ) ( ϕ ) 2 q Δ q d x Ω A ( ϕ ) A ( ϕ ) Δ ϕ q Δ q d x Ω 2 A ( ϕ ) A ( ϕ ) ϕ q Δ q d x Ω ( κ A ( ϕ ) d i v ( n ( ϕ ) μ ) ) q d x ,

1 2 d d t Ω | u | 2 d x = Ω ( u ) u ( Δ u ) d x + Ω d i v ( η ( ϕ ) D u ) ( Δ u ) d x Ω P ( Δ u ) d x + Ω ϕ μ ( Δ u ) d x = Ω η ( ϕ ) | Δ u | 2 d x + Ω ( u ) u ( Δ u ) d x Ω η ( ϕ ) ϕ u Δ u d x Ω ϕ μ Δ u d x ,

其中 I 1 = Ω Δ ( u ϕ ) Δ ϕ d x 结合Young’s不等式,Gagliardo-Nirenberg不等式,Hölder不等式,嵌入定理,得到

I 1 = 2 Ω ( k u ) k ϕ Δ ϕ d x + Ω ( u ) Δ ϕ Δ ϕ d x C u L 2 Δ ϕ L 4 2 C u L 2 ϕ L 2 Δ 2 ϕ L 2 ε Δ 2 ϕ L 2 2 + C ( ε ) u L 2 2 .

再令 I 2 = Ω Δ ( m ( ϕ ) ϕ μ + m ( ϕ ) Δ F ( ϕ ) ) Δ ϕ d x

I 2 = Ω Δ ( m ( ϕ ) ϕ μ + m ( ϕ ) Δ F ( ϕ ) ) Δ ϕ d x = Ω m ( ϕ ) ϕ μ Δ 2 ϕ d x + Ω m ( ϕ ) Δ F ( ϕ ) Δ 2 ϕ d x = I 21 + I 22 ,

其中

I 21 = Ω m ( ϕ ) ϕ μ Δ 2 ϕ d x = Ω m ( ϕ ) ϕ ( Δ ϕ + | ϕ | p 1 + C ) Δ 2 ϕ d x Ω m ( ϕ ) ϕ ( Δ ϕ ) Δ 2 ϕ d x + Ω m ( ϕ ) ϕ ( | ϕ | 3 ) Δ 2 ϕ d x + C Ω m ( ϕ ) ϕ Δ 2 ϕ d x ,

结合Young’s不等式,Gagliardo-Nirenberg不等式,Hölder不等式,嵌入定理,对 I 21 的第一部分进行估计得到

Ω m ( ϕ ) ϕ ( Δ ϕ ) Δ 2 ϕ d x c Δ 2 ϕ L 2 Δ ϕ L 4 Δ 2 ϕ L 4 c Δ 2 ϕ L 2 ϕ L 2 1 2 Δ ϕ L 2 1 2 Δ 2 ϕ L 2 1 2 Δ ϕ L 2 1 2 c Δ 2 ϕ L 2 3 2 Δ ϕ L 2 1 2 Δ ϕ L 2 1 2 ε 1 Δ 2 ϕ L 2 2 + c ( ε 1 ) Δ ϕ L 2 2 Δ ϕ L 2 2 ,

同理,对 I 21 的第二部分进行估计得到

Ω m ( ϕ ) ϕ ( | ϕ | 3 ) Δ 2 ϕ d x c ϕ L 4 2 ϕ L 2 Δ 2 ϕ L 2 c ϕ L 2 3 2 Δ ϕ L 2 1 2 ϕ L 2 3 2 Δ 2 ϕ L 2 3 2 ε 2 Δ 2 ϕ L 2 2 + c ( ε 2 ) Δ ϕ L 2 2 ,

再对 I 21 的第三部分进行估计得到

C Ω m ( ϕ ) ϕ Δ 2 ϕ d x c ϕ L 2 Δ 2 ϕ L 2 c Δ ϕ L 2 Δ 2 ϕ L 2 ε 3 Δ 2 ϕ L 2 2 + c ( ε 3 ) Δ ϕ L 2 2 ,

将上述不等式相加可以得到

I 21 ε Δ 2 ϕ L 2 2 + c ( ε ) ( Δ ϕ L 2 2 Δ ϕ L 2 2 + Δ ϕ L 2 2 + Δ ϕ L 2 2 ) .

对于

I 22 = Ω m ( ϕ ) Δ F ( ϕ ) Δ 2 ϕ d x Ω m ( ϕ ) ( | ϕ | ( ϕ ) 2 + | ϕ | p 1 Δ ϕ + C ) Δ 2 ϕ d x Ω m ( ϕ ) | ϕ | ( ϕ ) 2 Δ 2 ϕ d x + Ω m ( ϕ ) | ϕ | 2 Δ ϕ Δ 2 ϕ d x + C Ω m ( ϕ ) Δ 2 ϕ d x ,

结合Young’s不等式,Gagliardo-Nirenberg不等式,Hölder不等式,嵌入定理,对 I 22 的第一部分进行估计得到

Ω m ( ϕ ) | ϕ | ( ϕ ) 2 Δ 2 ϕ d x C ϕ L ϕ L 4 2 Δ 2 ϕ L 2 ε 1 Δ 2 ϕ L 2 2 + c ( ε 1 ) Δ ϕ L 2 2 Δ ϕ L 2 2 ,

同理,对 I 22 的第二部分进行估计得到

Ω m ( ϕ ) | ϕ | 2 Δ ϕ Δ 2 ϕ d x c ϕ L 2 Δ ϕ L 2 Δ 2 ϕ L 2 ε 2 Δ 2 ϕ L 2 2 + c ( ε 2 ) Δ ϕ L 2 4 ,

将上述不等式相加可以得到

I 22 ε Δ 2 ϕ L 2 2 + c ( ε ) ( Δ ϕ L 2 Δ ϕ L 2 + Δ ϕ L 2 4 ) .

I 3 = Ω κ d i v ( n ( ϕ ) ( A ( ϕ ) q ) ) Δ 2 ϕ d x

I 3 = Ω κ d i v ( n ( ϕ ) ( A ( ϕ ) q ) ) Δ 2 ϕ d x = Ω κ n ( ϕ ) ϕ ( A ( ϕ ) q ) Δ 2 ϕ d x + Ω κ n ( ϕ ) A ( ϕ ) ( ϕ ) 2 q Δ 2 ϕ d x + Ω κ n ( ϕ ) A ( ϕ ) Δ ϕ q Δ 2 ϕ d x + Ω 2 κ n ( ϕ ) A ( ϕ ) ϕ q Δ 2 ϕ d x + Ω κ n ( ϕ ) A ( ϕ ) Δ q Δ 2 ϕ d x = I 31 + I 32 + I 33 + I 34 + I 35 ,

对于

I 31 = Ω κ n ( ϕ ) ϕ ( A ( ϕ ) q ) Δ 2 ϕ d x = κ Ω n ( ϕ ) A ( ϕ ) ϕ q Δ 2 ϕ d x + κ Ω n ( ϕ ) A ( ϕ ) ( ϕ ) 2 q Δ 2 ϕ d x ,

同理,对 I 31 的第一部分进行估计得到

κ Ω n ( ϕ ) A ( ϕ ) ϕ q Δ 2 ϕ d x κ c ϕ L 4 q L 4 Δ 2 ϕ L 2 ε 1 Δ 2 ϕ L 2 2 + ε 2 Δ q L 2 2 + c ( κ , ε 1 , ε 2 ) Δ ϕ L 2 2 q L 2 2 ,

同理,对 I 31 的第二部分进行估计得到

κ Ω n ( ϕ ) A ( ϕ ) ( ϕ ) 2 q Δ 2 ϕ d x κ c q L 4 ( ϕ ) 2 L 4 Δ 2 ϕ L 2 ε 1 Δ 2 ϕ L 2 2 + c ( κ , ε 1 ) Δ ϕ L 2 2

将上述不等式相加可以得到

I 31 2 ε 1 Δ 2 ϕ L 2 2 + ε 2 Δ q L 2 2 + c ( κ , ε 1 , ε 2 ) Δ ϕ L 2 2 q L 2 2 + c ( κ , ε 1 ) Δ ϕ L 2 2 ,

由于 I 32 I 31 的第一部分估计方式相同,而 I 34 I 31 的第二部分估计方式相同,所以

I 32 ε 1 Δ 2 ϕ L 2 2 + ε 2 Δ q L 2 2 + c ( κ , ε 1 , ε 2 ) Δ ϕ L 2 2 q L 2 2 I 34 ε 1 Δ 2 ϕ L 2 2 + c ( κ , ε 1 ) Δ ϕ L 2 2 ,

结合Young’s不等式,Gagliardo-Nirenberg不等式,Hölder不等式,嵌入定理,对 I 33 进行估计得到

I 33 = κ Ω n ( ϕ ) A ( ϕ ) Δ ϕ q Δ 2 ϕ d x κ c q L 4 Δ ϕ L 4 Δ 2 ϕ L 2 ε 1 Δ 2 ϕ L 2 2 + ε 2 Δ ϕ L 2 2 + c ( κ , ε 1 , ε 2 ) Δ ϕ L 2 2 ,

同理,对 I 35 进行估计得到

I 35 = Ω κ n ( ϕ ) A ( ϕ ) Δ q Δ 2 ϕ d x κ c Δ q L 2 Δ 2 ϕ L 2 ε 1 Δ 2 ϕ L 2 2 + ε 2 Δ q L 2 2 + c ( κ , ε 1 , ε 2 ) q L 2 2

将上述不等式相加得到 I 3 的估计为

I 3 ε Δ 2 ϕ L 2 2 + ε 1 Δ q L 2 2 + ε 2 Δ ϕ L 2 2 + c ( κ , ε , ε 1 , ε 2 ) ( Δ ϕ L 2 2 q L 2 2 + Δ ϕ L 2 2 + q L 2 2 ) .

I 4 = Ω ( u q ) q d x ,结合Young’s不等式,Gagliardo-Nirenberg不等式,Hölder不等式,嵌入定理,得到

I 4 = Ω ( u q ) q d x C u L 4 q L 4 Δ q L 2 ε Δ q L 2 2 + c ( ε ) u L 2 2 u L 2 2 q L 2 2 .

I 5 = Ω ( 1 τ ( ϕ ) q ) q d x ,同上可以得到

I 5 = Ω ( 1 τ ( ϕ ) q ) q d x ε q L 2 2 + c ( τ ) ϕ L 2 2 Δ ϕ L 2 2 q L 2 2 .

而对 I 6 的估计可以写为

I 6 = Ω ( A ( ϕ ) Δ ( A ( ϕ ) q ) ) q d x = Ω A ( ϕ ) A ( ϕ ) ( ϕ ) 2 q Δ q d x + Ω A ( ϕ ) A ( ϕ ) Δ ϕ q Δ q d x + Ω 2 A ( ϕ ) A ( ϕ ) ϕ q Δ q d x + Ω | A ( ϕ ) Δ q | 2 d x = I 61 + I 62 + I 63 + I 64 ,

I 61 , I 62 , I 63 分别进行估计可以得到

I 61 = Ω A ( ϕ ) A ( ϕ ) ( ϕ ) 2 q Δ q d x ε A ( ϕ ) Δ q L 2 2 + c ( ε ) Δ ϕ L 2 2 q L 2 2 , I 62 = Ω A ( ϕ ) A ( ϕ ) Δ ϕ q Δ q d x ε Δ q L 2 2 + c ( ε ) Δ ϕ L 2 2 q L 2 2 , I 63 = Ω 2 A ( ϕ ) A ( ϕ ) ϕ q Δ q d x ε Δ q L 2 2 + c ( ε ) Δ ϕ L 2 2 q L 2 2 ,

将上述不等式相加可以得到

I 6 ε 1 A ( ϕ ) Δ q L 2 2 + ε 2 Δ q L 2 2 + c ( ε 1 , ε 2 ) ( Δ ϕ L 2 2 q L 2 2 + Δ ϕ L 2 2 q L 2 2 + Δ ϕ L 2 2 q L 2 2 )

I 7 = Ω ( κ A ( ϕ ) d i v ( n ( ϕ ) μ ) ) q d x

I 7 = κ Ω A ( ϕ ) n ( ϕ ) Δ q ϕ μ d x + κ Ω A ( ϕ ) n ( ϕ ) Δ q Δ 2 ϕ d x + κ Ω A ( ϕ ) n ( ϕ ) Δ q Δ F ( ϕ ) d x = I 71 + I 72 + I 73 ,

其中 I 71 可以写成下式

I 71 = κ Ω A ( ϕ ) n ( ϕ ) Δ q ϕ μ d x = κ Ω A ( ϕ ) n ( ϕ ) Δ q ϕ Δ ϕ d x + κ Ω A ( ϕ ) n ( ϕ ) Δ q ( ϕ ) 2 | ϕ | 2 d x ,

I 71 的第一部分进行估计可以得到

κ Ω A ( ϕ ) n ( ϕ ) Δ q ϕ Δ ϕ d x κ c Δ q L 2 ϕ L 4 Δ ϕ L 4 ε 1 Δ q L 2 2 + ε 2 Δ 2 ϕ L 2 2 + c ( ε 1 , ε 2 , κ ) Δ ϕ L 2 2 Δ ϕ L 2 2 ,

I 71 的第二部分进行估计可以得到

κ Ω A ( ϕ ) n ( ϕ ) Δ q ( ϕ ) 2 | ϕ | 2 d x c κ ϕ L 2 Δ q L 2 ϕ L 4 2 ε Δ q L 2 2 + c ( ε ) Δ ϕ L 2 4 ,

由于 I 72 I 35 的估计方式相同,所以

I 72 Ω κ n ( ϕ ) A ( ϕ ) Δ q Δ 2 ϕ d x κ c Δ q L 2 Δ 2 ϕ L 2 ε 1 Δ 2 ϕ L 2 2 + ε 2 Δ q L 2 2 + c ( κ , ε 1 , ε 2 ) q L 2 2 ,

同理 I 73 可以也写成下式

I 73 = κ Ω A ( ϕ ) n ( ϕ ) Δ q Δ F ( ϕ ) d x = κ Ω A ( ϕ ) n ( ϕ ) Δ q | ϕ | ( ϕ ) 2 d x + κ Ω A ( ϕ ) n ( ϕ ) Δ q | ϕ | 2 Δ ϕ d x ,

I 73 的第一部分进行估计可以得到

κ Ω A ( ϕ ) n ( ϕ ) Δ q | ϕ | ( ϕ ) 2 d x κ c Δ q L 2 ϕ L ϕ L 4 2 ε 1 Δ q L 2 2 + ε 2 Δ ϕ L 2 2 + c ( ε 1 , ε 2 , κ ) Δ ϕ L 2 2 ,

I 73 的第二部分进行估计可以得到

κ Ω A ( ϕ ) n ( ϕ ) Δ q | ϕ | 2 Δ ϕ d x κ c ϕ L 2 Δ ϕ L 2 Δ 2 ϕ L 2 ε Δ 2 ϕ L 2 2 + c ( ε ) Δ ϕ L 2 4 ,

I 8 = Ω ( u ) u ( Δ u ) d x ,结合Young’s不等式,Gagliardo-Nirenberg不等式,Hölder不等式,嵌入定理,得到

I 8 = Ω ( u ) u ( Δ u ) d x c u L 4 u L 4 Δ u L 2 ε Δ u L 2 2 + c ( ε ) u L 2 2 u L 2 4 .

I 9 = Ω η ( ϕ ) ϕ u Δ u d x ,同理可以得到

I 9 c ϕ L 4 u L 4 Δ u L 2 ε Δ u L 2 2 + c ( ε ) Δ ϕ L 2 2 u L 2 2 .

I 10 = Ω ϕ μ Δ u d x ,同理可以得到

I 10 = Ω ϕ F ( ϕ ) Δ u d x c ϕ L 3 ϕ L 2 Δ u L 2 ε Δ u L 2 2 + c ( ε ) ϕ L 2 4 u L 2 4 .

再综合对 I 1 ~ I 10 的估计可以得到

1 2 d d t Ω ( | Δ ϕ | 2 + | q | 2 + | u | 2 ) d x C 1 ( Δ ϕ L 2 2 + Δ ϕ L 2 2 + ϕ L 2 2 + q L 2 2 + u L 2 2 + 1 ) ( Δ ϕ L 2 2 + q L 2 2 + u L 2 2 ) + C 2 Δ ϕ L 2 2 ,

由定理2.1的假设条件可知,对任意有限时间T

0 T ( Δ ϕ L 2 2 + Δ ϕ L 2 2 + ϕ L 2 2 + q L 2 2 + u L 2 2 + 1 ) d x C ,

0 T Δ ϕ L 2 2 d x C ,

又因为(1.1)~(1.5)对任意有限时间T存在弱解,所以有

0 T ϕ L 2 2 d x C , 0 T q L 2 2 d x C , 0 T u L 2 2 d x C ,

A ( t ) = Δ ϕ L 2 2 + q L 2 2 + u L 2 2 , t ( 0 , T ) A ( 0 ) = Δ ϕ 0 L 2 2 + q 0 L 2 2 + u 0 L 2 2

利用引理2.2 (Gronwall不等式),带入对 I 1 ~ I 10 的估计可以得到

sup A ( t ) ( A ( 0 ) + 0 T Δ ϕ L 2 2 d x ) exp { T + 0 T Δ ϕ L 2 2 + Δ ϕ L 2 2 + ϕ L 2 2 + q L 2 2 + u L 2 2 d x } <

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。

参考文献

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