广义不可压磁流体和液晶流的一些研究

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本学位论文讨论的是广义不可压磁流体方程组和液晶流方程组.  第二章中我们研究了广义不可压磁流体方程组ut+u·▽u+▽P+vΛ2αu-b·▽b=0,bt+u·▽b+ηΛ2βb-b·▽u=0,divu=divb=0.其中,Λ=(-△)1/2是由傅里叶变换定义的分数阶导数(Λf)(ξ)=|ξ|(f)(ξ).首先,当系数α,β∈(0,1]时,我们对速度场u和磁场b的分数阶导数建立了如下正则性准则Λθu(x,t)∈Lt,s,2α/t+3/s≤2α-1+θ,θ∈[1-α,1],Λδb(x,t)∈Lp,q,2α/p+3/q≤2α-1+δ,δ∈[1-α,1],其中3/2α-1+θ<s≤∞和3/2α-1+δ<q≤∞.对于经典的Navier-Stokes方程组(α=1,b=0)而言,上述结论退化为Λθu(x,t)∈Lt,s,2/t+3/s≤1+θ,θ∈[0,1],3/1+θ<s≤∞.端点情况θ=0和θ=1分别对应着著名的Serrin准则[42]和H.Beir(a)o da Veiga准则[44].当系数β足够大时,我们可以去掉在磁场b的条件.对于经典的磁流体方程组(α=β=1)而言,我们的结论可以包含[24,29]中的经典结论.此外我们还在分量上建立了如下正则性准则Λη1iu1,Λη2ju2,Λη3ku3∈Lt(0,T;Ls(R3)),2/t+3/s≤1+1/s,s∈(2,∞],其中i,j,k∈(1,2,3),η1,η2,η3>1/2.当s→2+,验证可知1+1/s→(3/2)-,当我们取η1,2,3→(1/2)+,几乎达到Serrin型准则(取θ=1/2).第二章第三部分我们证明了当初值范数‖u0‖(H)5/2-2α+‖b0‖(H)5/2-2α足够小时,广义磁流体方程组有全局光滑解.最后,我们用傅里叶分解理论研究了衰减估计,对某些特殊初值情况下,得到了衰减的下界估计.  第三章中我们研究了带Hall项的广义不可压磁流体方程组ut+u·▽u+Λ2αu+▽(p+|B|2/2)=B·▽B,Bt+u·▽B+▽×((▽×B)×B)=B·▽u-Λ2βB,div u=0.首先,我们证明了当α≥5/4和β≥7/4时,该方程组有整体光滑解.我们得到了当初值范数‖u0‖(H)7/2-2α+‖b0‖(H)7/2-2α足够小时,带Hall项的广义磁流体方程组(α=β∈[1,5/4))有整体光滑解.其次我们对α∈(0,1]和β∈[1,7/4)时构建了正则性准则,但由于Hall项的影响,我们需要在▽B上添加条件.最后,我们讨论了带Hall项的广义磁流体方程组的衰减估计,得到了如下结论:当对应的广义热方程的解满足某种衰减估计时,那么带Hall项的广义磁流体方程组的解具有类似的衰减估计.我们还重点分析了Hall项,证明了Hall其实有更高的衰减速度.  第四章中我们研究了二维广义不可压液晶流方程组ut+u·▽u+▽p+vΛ2αu=-▽d·△d,dt+u·▽d+ηΛ2βd=-f(d),div u=0,其中f(d):=(|d|2-1)d.证明了当系数满足0≤β<1,α+β≥2或者β=1,α>0时,有整体光滑解.该结论是广义磁流体方程组相关结论的直接推广,但因为方程结构的差异性,特别是高阶非线性项的出现,使得方程变得更复杂,一些实质性的困难被克服.
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