求解一类带快速振荡系数非线性抛物型问题多尺度方法的收敛性分析

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本文提出一种新的多尺度方法来求解一类带快速振荡系数的非线性抛物型方程:   ()b(uε)-()·(gε(x,uε)+aε(x,uε)()uε)=f(x,t)。该方程主要用来描述非饱和多孔介质中的水力传播模型--Richards方程。为了处理该模型中剧烈的空间变异性,文章“Upscaling of a class of nonlinearparabolic equations fbr the flow transport in heterogeneous porous media"(Z.Chen,W.B.Deng and H.Ye,Commun.Math.Sci.,3(4),(2005))提出了一类新的尺度提升方法,本文将给出一类不同的多尺度方法来解决这个问题。新的方法是在非协调有限元方法的框架下提出的,可以视为是非均匀多尺度方法(heterogeneousmultiscale method)或变分多尺度方法(variational multiscale method)的一种实现。方法的关键在于给出一个重新定义的拟双线性变分形式以及相应的单元子问题。在周期性振荡系数的假设下本文给出了所提方法的收敛性分析。相对于尺度提升法,该方法的误差估计可以比较容易地采用较系统的方式得到,即,将该方法的误差分为有限元的离散误差和使用重新定义的拟双线性模型所引起的模型误差。需要强调的是,周期性振荡系数的假设对算法设计本身是不必要的,我们只是为了利用均匀化理论得到解的渐进展开形式。最后,我们对于Richards方程指数模型,分别取周期性系数和对数正态分布系数进行了数值实验,由此验证了所提算法的精确性和高效性。
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