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不可压缩纳维-斯托克斯方程:在 $R^3$ 与 $t=0$ 处无解的例子

流体动力学 2016-08-18 v1

摘要

我们给出一个光滑、无散度 u(x)=0\nabla \cdot \vec{u}(\vec{x})=0 的速度矢量场 u(x)\vec{u}(\vec{x}) 占据全部 R3R^{3} 空间的不可压缩流体,以及光滑矢量场 f(x,t)\vec{f}(\vec{x}, t),使得不可压缩流体的纳维-斯托克斯方程在空间任意位置 xR3\vec{x}\in R^{3} t=0t=0 时无解。速度矢量场 ui(x)=2xh(i1)xh(i+1)(1+j=13xj2)2u_{i} (\vec{x})=2\frac{x_{h(i-1)} -x_{h(i+1)} }{\left(1+\sum _{j=1}^{3}x_{j}^{2} \right)^{2} } ; i={1,2,3}i=\{ 1,2,3\} 其中 h(l)={l;1l31;l=43;l=0h(l)=\left\{\begin{array}{ccc} {l} & {;1\le l\le 3} & {} \\ {1} & {;l=4} & {} \\ {3} & {;l=0} & {} \end{array}\right. 是光滑、无散度、连续可微 u(x)Cu(\vec{x})\in C^{\infty },具有有界能量 R3u2dx=π2\int _{R^{3} }\left|\vec{u}\right|^{2} dx=\pi ^{2},坐标原点速度为零,且当 x\left|\vec{x}\right|\to \infty 时速度趋于零。矢量场 f(x,t)=(0,0,11+t2(j=13xj)2)\vec{f}(\vec{x},t)=(0,0,\frac{1}{1+t^{2} (\sum _{j=1}^{3}x_{j} )^{2} )} 光滑、连续可微 f(x,t)Cf(\vec{x},t)\in C^{\infty },当 x\left|\vec{x}\right|\to \infty 时趋于零。将 u(x)\vec{u}(\vec{x})f(x,t)\vec{f}(\vec{x}, t) 应用于不可压缩流体的纳维-斯托克斯方程,得到压力 p(x,t)p(\vec{x}, t) 的三个互不相同的解,其中一个包含在 t=0t=0 时零除零 00\frac{0}{0} 项,对于所有位置 xR3\vec{x} \in R^{3} 均为不定。

关键词

引用

@article{arxiv.1608.04975,
  title  = {Incompressible Navier-Stokes Equations: Example of no solution at $R^3$ and $t=0$},
  author = {Dejan Kovacevic},
  journal= {arXiv preprint arXiv:1608.04975},
  year   = {2016}
}