非线性分数阶微分方程的新迭代法

考虑非线性分数阶微分方程的迭代方法,运用此方法解非线性反常次扩散方程和非线性时空分数阶反应-扩散方程,给出相应的数值试验,证明此方法的有效性.     

一类径向对称的多分数阶非线性扩散方程及其解

研究了一类径向对称的含外力和吸附项的多分数阶非线性反常扩散方程。对于多分数阶非线性扩散方程利用分数阶算子的特性,求得精确特解并研究解的渐近特性。其次讨论了整数阶方程,求得了以q? 指数函数表示的解。     

非齐次反常次扩散方程的解析解

扩散、对流-扩散和Fokker-Planck型的分数阶动力方程为描述在复杂系统中由反常扩散控制的传送动力学提供实用的近似.利用分离变量方法和Laplace变换分别导出在Dirichlet、Neumann和Robin边界条件下的非齐次反常次扩散方程的解析解.这个技巧可以推广到解其它类型的反常扩散方程.     

反常扩散:分数阶导数建模及其在环境流动中的应用

介质和流场的非均匀性使得扩散过程不符合Fick定律,属于反常扩散.反常扩散既是理论物理和统计力学重要的基础研究课题,也是环境、水文和工程等领域普遍关心的基本物理过程,具有切实的应用背景.作为一种新颖的数学物理建模手段,分数阶导数扩散方程模型能够刻画反常扩散的历史依赖性和空间非局域性特征,准确描述溶质迁移的穿透曲线.本文主要从反常扩散的研究历史和现状、分数阶导数建模、数值算法和环境流体力学相关领域应用等方面,简述了分数阶扩散方程模型的若干最新研究进展和存在的难点问题.针对分数阶导数反常扩散方程模型的挑战性问题,如反常扩散过程的统计描述、模型参数确定和量纲分析,本文也进行了初步的讨论.     

时间分数阶对流-扩散方程的有限差分法

时间分数阶对流-扩散方程可以用来模拟由传统的对流-扩散方程演变而来的反常扩散方程.本文针对一类时间分数阶对流-扩散方程提出了一个新的隐式差分格式,时间分数阶导数采用直接离散,空间导数采用中心差分格式离散,讨论了差分解的存在唯一性,并利用能量范数证明了该格式的无条件稳定性、收敛性,分析了收敛阶.数值试验验证了该格式的有效性.     

Feller算子下的空间分数阶扩散方程定解问题

讨论了用分数阶Feller算子替换扩散方程中对空间变量二阶偏导数后得到的空间分数阶扩散方程定解问题的求解问题，给出一个求解该类问题的公式．利用该公式及Fourier变换得到问题的解，并当α→2，即θ→0时，问题的解与整数阶扩散方程的解一致．     

分数阶反应扩散方程解的存在性与惟一性的单调迭代方法

利用单调迭代方法研究非线性分数阶反应扩散方程初边值问题解的存在与惟一性。另外把上下解引用到分数阶反应扩散方程,且在文末给出两个例子验证了定理。     

分数阶反应扩散方程解的存在性与惟一性的单调迭代方法(英文)

利用单调迭代方法研究非线性分数阶反应扩散方程初边值问题解的存在与惟一性。另外把上下解引用到分数阶反应扩散方程,且在文末给出两个例子验证了定理。     

分数阶对流——弥散方程的数值求解

对严格的时间分数阶对流--弥散方程和严格的空间分数阶对流--弥散方程分别建立了差分格式,并用所建立的两个差分格式对同一理想算例进行了求解.通过对分数阶导数取不同的参数值,得到一系列结果,分析了不同分数阶导数描述的反常扩散现象及其变化规律,并和传统的整数阶对流--弥散方程的求解结果进行了对比.当时间分数阶对流--弥散方程和空间分数阶对流--弥散方程的分数阶导数的参数分别取整数值时,时间分数阶对流--弥散方程、空间分数阶对流--弥散方程和传统整数阶对流--弥散方程的计算结果相同,表明本文提出的对时间分数阶对流--弥散方程和空间对流--弥散方程数值求解方法是可行的,且整数阶对流--弥散方程是分数阶对流--弥散方程的特殊情况.和正常扩散相比,时间分数阶对流--弥散方程中分数阶导数的参数值越小,溶质扩散得越慢,表现为拖尾分布:空间分数阶对流--弥散方程中分数阶导数的参数值越小,溶质扩散得越快,表明空间的非局域性相关性越强.     

时间分数阶非线性发展方程精确行波解

利用子方程方法,得到了在数学和物理中具有重要意义的时间分数阶非线性Burgers方程以及mKdV方程的精确行波解.主要运用分数阶复变换技巧,把分数阶非线性发展方程转化为和它等价的常微分方程进行研究.结果表明,分数阶复变换技巧以及子方程方法是求解时间分数阶发展方程一个直接有效的方法.     

分形扩散的渗滤模型

多孔介质系统在多个尺度上具有复杂的非均质结构 ,多孔介质中的扩散过程要比体相中的扩散过程复杂得多 ,且表现出许多奇异的特点。以渗滤网络作为多孔介质的理论模型 ,建立了分形多孔介质中扩散和弥散过程的离散模型。分析了奇异扩散的机理 ,在此基础上建立了奇异扩散和弥散的幂律关系。应用扩散的离散网络 ,建立了广义扩散方程 ,推导了多孔介质的等效介质理论 ,得到了扩散系数的微观解释 ,为扩散过程的模拟提供了理论依据。     

丁二烯在聚苯乙烯和丁苯多嵌段共聚物膜中扩散系数的测定与计算

用石英弹簧法测定了298．15K和308．15K下丁二烯在聚苯乙烯和丁苯多嵌段共聚物膜中的吸收曲线,结果表明丁二烯在聚苯乙烯膜和丁苯多嵌段共聚物膜中的吸收曲线近似呈费克型,扩散吸收曲线的形态与相对分子质量及其分布无关。用黄永民等的吸附一吸收双模式模型对实验结果进行了关联,获得无限稀释扩散系数和平衡溶解度。     

一类反常次扩散方程Neumann问题的有限差分格式及收敛性分析

利用一阶向前差商和空间二阶中心差商以及高阶线性多步法公式构造了反常次扩散方程Neumann问题的有限差分格式,借助Fourier分析方法对差分格式的稳定性进行了分析,并讨论了差分格式的误差和收敛性问题.     

Stochastic method to determine the scale and anomalous diffusion of gusts in a windy atmospheric boundary layer

In the atmospheric boundary layer, especially during strong wind period, the coherent structures are obvious and related to the direct interaction of the air masses with the ground. In this paper, we used the observation data during dust weather in Northwest Gansu to study the coherent structure and their ＂anomalous diffusion＂. The structures in the atmospheric boundary layer included turbulent fluctuations and gusty wind disturbances, and could be denoted as ＂critical events＂. Their fractal dimensions were expressed by the complex index μ of waiting times. Although the complex index can indicate the ability of the system to generate coherent structures, it has a strong dependence on the threshold marking the ＂critical events＂. Hence, the continuous time random walk method was used to analyze the coherent structures. The scaling law of anomalous diffusion of coherent structures was obtained, and the diffusion scaling exponent H that indicated the ability of diffusion of different structures was analyzed. The exponents changed with structure scales which were affected by velocities and heights. At small scales, it was almost isotropic, and at large scales, the coherent structures were obvious and the diffusion was anomalous.     

Non-Ohmic谱反常扩散粒子的响应特性:耦合谐振子势情况

研究了具有non-Ohmic谱的反常扩散粒子对谐振子势的响应特性,结果发现对次扩散粒子,系统需要更长的时间达到平衡,而对超扩散粒子,则只要更短的时间就可平衡;特别对超扩散粒子,系统对各种参数值的变化更加敏感,而对次扩散则相对迟钝些.本文提供的分析方法对研究系统在其他外势条件下的响应特性问题将有一定的启发作用.     

无相间物质传递化学驱浓度方程算子分裂隐式解法

为了改进化学驱数学模型 U TCHEM显式求解浓度方程计算速度慢、计算结果精度低的缺点 ,研究了隐式求解组份浓度方程的方法。根据具有无相间物质传递关系的化学驱油藏流体渗流过程满足的相行为 ,推导出了化学驱数学模型 UTCHEM物质守恒方程的等价形式 :饱和度方程和组份浓度方程。利用算子分裂技术将组份浓度方程分裂为扩散方程和对流方程 ,隐式交替求解对流方程和扩散方程得到组份浓度方程的隐式解。扩散方程采用隐式局部一维格式差分离散 ,利用追赶法求解 ;对流方程选用了隐式迎风格式差分 ,并且结合油藏模拟问题的流场是有势场的特点 ,实现了对流方程隐式差分显式求解。所建立的隐式求解浓度方程的方法提高了计算精度 ,可以加大计算时间步长 ,加快计算速度。     

Riesz空间分布阶的分数阶扩散方程的数值模拟

提出一种求解Riesz空间分布阶的分数阶扩散方程的数值方法.利用辛普森数值求积公式,将分布阶微分方程离散为一个多项分数阶导数的微分方程;利用四阶差分格式求解此具有多项分数阶导数的微分方程,并运用能量法分析数值格式的稳定性和收敛性.同时,给出数值例子,说明所建立的数值离散格式的有效性.