三维可压缩液晶流模型解的整体存在唯一性
Global Existence and Uniqueness of a 3D Compressible Nematic Liquid Crystal Flow
DOI: 10.12677/pm.2024.145183, PDF, HTML, XML, 下载: 35  浏览: 91 
作者: 谢婵鑫:上海理工大学理学院,上海
关键词: 可压缩液晶流整体存在性Compressible Nematic Liquid Crystal Flow Global Existence
摘要: 本文主要研究三维可压缩液晶流方程的解,建立了在H2(R3)中关于整体解的存在性理论。主要利用能量方法,推导出了解的先验估计,再利用连续性技巧将局部解延拓到整体。
Abstract: This paper mainly studies the solution of compressible nematic liquid crystal flow in R3, the existence theory of the global solution to the system is established in H2-framework. The energy method is used to derive the desired a priori estimates and hence the global existence by using the standard continuity method.
文章引用:谢婵鑫. 三维可压缩液晶流模型解的整体存在唯一性[J]. 理论数学, 2024, 14(5): 257-268. https://doi.org/10.12677/pm.2024.145183

1. 引言

液晶相介于液相和晶相之间,它的性质涉及到化学、物理、生物学、电子学、材料学等多学科,其在基础理论得到了广泛的研究,尤其是在显示应用中获得了巨大的成功。液晶是一门方兴未艾的交叉前沿学科 [1] 。关于液晶流的理论最初是由Erickse [2] 和Leslie [3] 提出的。当流体是可压缩时,液晶系统会变得更加复杂,研究结果相对来说比较少,因此本文考虑三维可压缩的简化的液晶流模型,其形式如下:

{ ρ t + div ( ρ u ) = 0 , ( ρ u ) t + div ( ρ u u ) + P ( ρ ) = L u d Δ d , d t + u d = Δ d + | d | 2 d , (1)

模型的初始值为

ρ ( x , 0 ) = ρ 0 ( x ) , u ( x , 0 ) = u 0 ( x ) , d ( x , 0 ) = d 0 ( x ) , x 3 , (2)

其中 ρ ( x , t ) : 3 × [ 0 , ) 1 u ( x , t ) : 3 × [ 0 , ) 3 分别为流体的密度和速度。 m = ρ u 为动量, P = P ( ρ ) 是压力函数的表达式。液晶流的光轴矢量是一个单位向量,表达式为 d ( x , t ) : 3 × [ 0 , ) S 2 ,即 d = 1 L Lamé算子,

L u = μ Δ u + ( μ + λ ) div u .

μ λ 为剪切黏度和体积黏度,满足

μ > 0 , 2 μ + 3 λ 0.

我们现在只回顾一些以前密切相关的结果。许多作者对不可压缩液晶流动进行了研究,如 [4] - [9] 和其中的参考文献。对于可压缩模型(1),最近也有很多重要的进展。Hu和Wu [10] 研究了小初值条件下模型(1)强解的整体适定性。Ding et al. [11] 和Huang et al. [12] 分别在1维和3维上获得了非负初始密度的初值问题和初值问题的局部时强解。在 [13] [14] 中,作者建立了强解的爆破判据。对于R3上任意有界光滑区域,Wang [15] 建立了以真空为远场密度的二维或三维强解的全局适定性。Li et al. [16] 在初始数据足够光滑且在某能量范数上适当小的条件下,得到了三维经典解的全局适定性。Huang et al. [17] 证明了强解的全局适定性,并得到了初始数据为H2范数稳态附近的小扰动时的 L p ( p [ 1 , 6 ] ) 估计。

Hieber和Prȕss [18] 证明了一个强解的局部适定性,当初始数据接近平衡点时,该强解扩展为全局解。在 [19] 中得到了非等温模式 [20] 的正则性判据。对于具有真空的可压缩非等温模型,Zhong [21] 在二维无热传导的情况下得到了(1)的局部强解,而Liu和Zhong [22] 研究了三维在小条件下强解的全局适定性。Wu [23] 利用标准的能量估计,研究了高维(3维及以上)的液晶流方程组小初值经典解的整体存在性以及运用Green函数方法,得到奇数维情形(3维及以上)该解的逐点估计。本文基于上述基础上,主要考虑三维液晶流模型(1)解在Sobolev空间 H 2 ( R 3 ) 中的整体存在性,由于在H2框架下,二阶导数的估计需要更加精细的能量估计。下面是本文的符号说明和一些引理。

2. 符号说明和一些引理

在本文中,C表示一般的正常数。对于整数 m 0 ,Sobolev空间 H m ( R 3 ) 中的范数表示为 H m 。特别地,当 m = 0 时,我们将简单地使用 · 。同通常一样, · , · 表示 L 2 ( R 3 ) 中的内积。梯度表示为 = ( 1 , 2 , 3 ) i = x i i = 1 , 2 , 3 。对于任意整数 l 0 l f 表示函数f的所有l阶导数。

为了后续证明主要结论的需要,下面介绍两个相关引理。

首先,列出一些Sobolev空间中的基本不等式。

引理2.1 令 f H 2 ( 3 ) ,有

(i) f L C f L 2 1 / 2 f H 1 1 / 2 C f H 1

(ii) f L 6 C f L 2

(iii) f L q C f H 1 , 2 q 6

引理2.2 令 s > 0 m 1 是整数,有

s ( f g ) L p C f L p 1 s g L p 2 + C s f L p 3 g L p 4 ,

m ( f g ) f m g L p C f L p 1 m 1 g L p 2 + C m f L p 3 g L p 4 ,

这里 p , p 1 , p 2 , p 3 , p 4 [ 1 , ] ,且

1 p = 1 p 1 + 1 p 2 = 1 p 3 + 1 p 4 .

3. 主要结果

在本节,我们给出了本文主要结果。

定理3.1 假设 ( ρ 0 ρ ¯ , u 0 ) H 2 ( 3 ) d 0 H 1 ( 3 ) ρ ¯ > 0 ,则存在一个足够小的常数 ε > 0 ,使得如果

( ρ 0 ρ ¯ , u 0 ) H 2 ( 3 ) + d 0 H 1 ( 3 ) ε ,

那么整体存在唯一的光滑解满足

( ρ ρ ¯ , u , d ) C ( [ 0 , ) ; H 2 ( 3 ) ) .

4. 整体存在性

在本节中,我们研究模型(1)解的局部存在性理论和一些能量估计。将局部存在性结果与一些先验估计相结合,然后使用标准连续性论证,得到模型解的整体存在性。

定理4.1 假设 ( ρ 0 ρ ¯ , u 0 ) H 2 ( 3 ) d 0 H 1 ( 3 ) ρ ¯ > 0 ,则存在一个大于0的常数 T 1 ,使得系统(8)在 3 × [ 0 , T 1 ] 上有一个唯一的整体解 ( ρ , u , d ) 满足

( ρ , u , d ) C ( [ 0 , T 1 ] ; H 2 ( 3 ) ) ,

证明:利用收缩映射定理的标准论证可以证明这一点。例如,参考文献 [24] [25] 对局部存在结果的研究。我们在这里省略了证明。

首先,我们用能量法给出了一些解的先验估计。在本节中,我们用能量法给出了一些解的先验估计。由定理4.1可知,存在时间 T > 0 ,解存在于 3 × [ 0 , T ] 中。如定理4.1所述,假设对于任意 T ( 0 , T ] ,解存在于 3 × [ 0 , T ] 上,我们需要一些关于时间的一致估计来证明定理3.1。为此,我们首先做一个先验假设,当 δ > 0 , δ 1 > 0 足够小的时候,有

{ sup 0 t T { ( ρ ρ ¯ , u ) ( , t ) H 2 } δ , sup 0 t T { d ( , t ) H 1 } δ 1 . (3)

那么,模型(1)的解 ( ρ , u , d ) 存在并且满足

{ ( ρ ρ ¯ , u ) H 2 2 + d H 1 2 } + 0 t [ ρ H 1 2 + ( u , d ) H 2 2 ] ( , s ) d s C 1 { ( ρ 0 ρ ¯ , u 0 ) H 2 2 + d 0 H 1 2 } . (4)

通过(3)和sobolev不等式,我们得到

sup x 3 | ( ρ ρ ¯ , u , d ) ( t ) | C ( δ + δ 1 ) , (5)

其次,我们对方程做一个变形。我们定义函数 h ( ρ ) 满足 h ( ρ ) = 1 ρ P ( ρ ) ,通过先验假设(3)和Sobolev

不等式可知,存在正常数C0C1C2使得

0 < C 0 h ( ρ ) C 1 , | h ( ρ ) | C 2 .

做变换 ρ ρ ¯ + ρ ,令 ρ ¯ = 1 , μ = 1 , λ = 0 。则方程可以写成

{ ρ t + div [ ( 1 + ρ ) u ] = 0 , u t + u u + [ h ( 1 + ρ ) h ( 1 ) ] = 1 1 + ρ ( Δ u + div u ) 1 1 + ρ d Δ d , d t Δ d = u d + | d | 2 d , (6)

初值条件满足

( ρ , u , d ) ( x , 0 ) = ( ρ 0 , u 0 , d 0 ) ( x ) . (7)

同时为了计算方便,我们对(6)做进一步的简化,可以得到

{ ρ t + div u = div ( ρ u ) , u t Δ u div u + ρ = u u l ( ρ ) [ Δ u + div u ] f ( ρ ) ρ 1 1 + ρ d Δ d , d t Δ d = u d + | d | 2 d , (8)

其中 l ( ρ ) = ρ 1 + ρ f ( ρ ) = P ( 1 + ρ ) 1 + ρ 1 。通过先验假设(3)直接计算可以得到

| l ( ρ ) | , | f ( ρ ) | C | ρ | , | l ( k ) ( ρ ) | , | f ( k ) ( ρ ) | C , k 1. (9)

这些不等式在后面将会用到。

能量估计

接下来,我们将给出解 ( ρ , u , d ) 的能量估计。类似于 [23] 的做法,我们给出 L 2 和一阶导数的 L 2 估计,但由于我们在 H 2 框架下,二阶导数的估计需要更加精细的能量估计。

引理4.1 有

1 2 d d t { ( ρ ρ , u , d ) L 2 2 } + C ( γ 0 , γ 1 ) ( ρ , u , 2 d ) 2 0.

证明:将 k 分别作用于(8)1和(8)2,同时用 k ρ , k u 分别乘以(8)1和(8)2,在 R 3 上积分得到

1 2 d d t ( k ρ L 2 2 + k u L 2 2 ) + k + 1 u L 2 2 + k div u L 2 2 = k ρ , k div ( ρ u ) k u , k ( u u ) k u , k ( l ( ρ ) Δ u + l ( ρ ) div u ) k u , k ( f ( ρ ) ρ ) k u , k ( 1 1 + ρ d Δ d ) : = I 1 + I 2 + I 3 + I 4 + I 5 . (10)

现在对(10)右边的项进行估计,对于 k = 0 ,可以得到

I 1 = 3 ρ div ( ρ u ) d x C ρ L 3 ρ L 6 u L 2 + ρ L 2 u L 3 ρ L 6 C δ ( u L 2 2 + ρ L 2 2 ) ,

通过Sobolev不等式和(9),我们有

I 3 = 3 u ( l ( ρ ) | u | 2 + l ( ρ ) | u | 2 ) d x C δ ( ρ L 2 2 + u L 2 2 ) ,

I 4 = 3 u ( f ( ρ ) ρ ) d x C δ ( ρ L 2 2 + u L 2 2 ) ,

其中对向量 u , v 3 u v = ( u i v j ) 3 × 3 ,对于矩阵 U , V 3 × 3 U : V = u i j v i j 。那么对于 I 2 I 5 可以得到

I 2 = ( u u ) u d x C u L 3 u L 2 u L 6 C δ u L 2 2 ,

I 5 = 3 1 ρ + 1 [ div ( 1 2 | d | 3 × 3 2 d d ) ] u d x = 3 ( 1 ρ + 1 ) [ 1 2 | d | 2 I 3 × 3 d d ) ] u d x + 3 1 ρ + 1 [ ( 1 2 | d | 2 I 3 × 3 d d ) ] u d x C L 2 d L 6 2 u L 6 + C d L 3 d L 6 u L 2 C δ ( u L 2 2 + 2 d L 2 2 ) ,

那么,可以得到

1 2 d d t ( ρ L 2 2 + u L 2 2 ) + u L 2 2 + div u L 2 2 C δ ( ρ L 2 2 + u L 2 2 + 2 d L 2 2 ) . (11)

接下来,对 2 d L 2 2 ρ L 2 做估计,将 作用到(8)3,将所得的等式乘以 d L 2 R 3 上积分,利用分部积分和Young不等式可以得到

1 2 d d t d 2 + 2 d 2 = 3 ( u d ) d d x 3 ( | d | 2 d ) d d x 3 | d | | u | | d | d x + 3 | d | 2 | 2 d | | d | d x + 3 | d | 4 d x ( d L 6 u L 2 + 2 d L 2 u L 6 + 2 d L 2 d L 6 ) d L 3 + d L 2 d L 6 3 C ( δ + δ 1 ) ( u L 2 2 + 2 d L 2 2 ) . (12)

将(11)和(12)相加,可以得到

1 2 d d t ( ρ L 2 2 + u L 2 2 + d L 2 2 ) + u L 2 2 + 2 d L 2 2 C ( δ + δ 1 ) ( ρ L 2 2 + u L 2 2 + 2 d L 2 2 ) . (13)

为了得到 ρ L 2 的估计,我们先引入两个关系式,

ρ ( 2 ρ u ) = | ρ | 2 2 u , 3 ( ρ + 1 ) ρ ( Δ u div u ) d x = 0 ,

定义以下运算

d d t 3 [ 1 2 | ρ | 2 + ( ρ + 1 ) 2 2 ρ u ] d x = 3 [ ρ ρ t + ( ρ + 1 ) ρ t ρ u + ( ρ + 1 ) 2 2 ρ t u + ( ρ + 1 ) 2 2 ρ u t ] d x . (14)

那么通过Hölder不等式和Cauchy不等式,则可以得到

3 [ ρ ρ t + ( ρ + 1 ) 2 2 ρ u t ] d x = 3 [ ρ div [ ( ρ + 1 ) u ] ( ρ + 1 ) 2 2 ρ u t ] d x = 3 [ ρ ( 2 ρ u ) + ρ ( ρ u ) + | ρ | 2 div u + ( ρ + 1 ) ρ div u ] d x + 3 ( ρ + 1 ) 2 2 ρ { 1 ρ + 1 d Δ d u u [ h ( ρ + 1 ) h ( 1 ) ] + 1 ρ + 1 Δ u + 1 ρ + 1 div u } d x

C ( δ + δ 1 ) ( ρ , u , 2 d ) 2 3 ( ρ + 1 ) ρ div u d x 3 ( ρ + 1 ) 2 2 h ( ρ + 1 ) | ρ | 2 d x + 3 ρ + 1 2 ρ ( Δ u + div u ) d x = C ( δ + δ 1 ) ( ρ , u , 2 d ) 2 3 ( ρ + 1 ) 2 2 h ( ρ + 1 ) | ρ | 2 d x ,

剩下的两项估计如下:

3 ( ρ + 1 ) 2 2 ρ t u d x = 3 ( ρ + 1 ) 2 2 u div [ ( ρ + 1 ) u ] d x = 3 ( ρ + 1 ) 2 2 u ( ρ u ) + ( ρ + 1 ) 2 2 u [ div u ρ + ( ρ + 1 ) div u ] d x C δ ( ρ , u ) L 2 2 + 3 ( ρ + 1 ) 3 2 ( div u ) 2 d x .

因此,我们可以得到

1 2 d d t ρ L 2 2 + C ρ L 2 2 + 3 ( ρ + 1 ) 2 2 ρ u d x 3 ( ρ + 1 ) 3 2 ( div u ) 2 d x + C ( δ + δ 1 ) ( u , 2 d ) L 2 2 . (15)

用两个足够小的数 γ 0 , γ 1 分别与(13)和(15)相乘之后相加,则可以得到

1 2 d d t ( ρ ρ , u , d ) L 2 2 + γ 0 ( u , 2 d ) L 2 2 + C γ 1 ρ L 2 2 + γ 1 3 ( ρ + 1 ) 2 2 ρ u d x C γ 0 ( δ + δ 1 ) ρ L 2 2 + C ( δ + δ 1 ) ( γ 0 + γ 1 ) ( u , 2 d ) L 2 2 + γ 1 3 ( ρ + 1 ) 3 2 ( div u ) 2 d x . (16)

则有

1 2 d d t { ( ρ ρ , u , d ) L 2 2 } + C ( γ 0 , γ 1 ) ( ρ , u , 2 d ) 2 0. (17)

引理4.1证毕。

引理4.2 有

1 2 d d t ( ρ L 2 2 + u L 2 2 + 2 d L 2 2 ) + 2 u L 2 2 + div u L 2 2 + 3 d L 2 2 C ( δ + δ 1 ) ( d L 2 2 + 2 d L 2 2 + 3 d L 2 2 + ρ L 2 2 + u L 2 2 ) + C δ ( ρ L 2 2 + 2 ρ L 2 2 + 2 u L 2 2 ) . (18)

证明:将 k 分别作用于(8)1和(8)2,同时用 k ρ , k u 分别乘以(8)1和(8)2,在 R 3 上积分得到

1 2 d d t ( k ρ L 2 2 + k u L 2 2 ) + k + 1 u L 2 2 + k div u L 2 2 = k ρ , k div ( ρ u ) k u , k ( u u ) k u , k ( l ( ρ ) Δ u + l ( ρ ) div u ) k u , k ( f ( ρ ) ρ ) k u , k ( 1 1 + ρ d Δ d ) : = J 1 + J 2 + J 3 + J 4 + J 5 .

对于 k = 1 ,则有

1 2 d d t ( ρ L 2 2 + u L 2 2 ) + 2 u L 2 2 + div u L 2 2 = ρ , div ( ρ u ) u , ( u u ) u , ( l ( ρ ) Δ u + l ( ρ ) div u ) u , ( f ( ρ ) ρ ) u , ( 1 1 + ρ d Δ d ) : = J 1 + J 2 + J 3 + J 4 + J 5 .

对于上述的项,易得

J 1 = 3 2 ρ div ( ρ u ) d x C 2 ρ L 2 [ ρ u L 2 + ρ u L 2 ] C 2 ρ L 2 [ ρ L 3 u L 6 + ρ L u L 2 ] C δ ( 2 ρ L 2 2 + u L 2 2 ) ,

J 2 = 3 u ( u u ) d x = 3 ( u ) u u d x + 3 [ ( u u ) ( u ) u ] u d x C δ u H 1 2 .

J 3 = 3 u ( l ( ρ ) Δ u + l ( ρ ) div u ) d x = 3 2 u ( l ( ρ ) Δ u + l ( ρ ) div u ) d x C δ 2 u L 2 2 ,

J 4 = 3 2 u ( f ( ρ ) ρ ) d x C δ ( ρ L 2 2 + 2 u L 2 2 ) .

同样的,对于 J 5

J 5 = 3 u ( 1 1 + ρ d Δ d ) d x = 3 u [ ( 1 1 + ρ ) ( d Δ d ) + 1 1 + ρ ( d Δ d ) ] d x C ( δ + δ 1 ) ( d L 2 2 + 2 d L 2 2 + 3 d L 2 2 + ρ L 2 2 ) .

综上可得

1 2 d d t ( ρ L 2 2 + u L 2 2 ) + 2 u L 2 2 + div u L 2 2 C ( δ + δ 1 ) ( d L 2 2 + 2 d L 2 2 + 3 d L 2 2 + ρ L 2 2 ) + C δ ( ρ L 2 2 + 2 ρ L 2 2 + u L 2 2 + 2 u L 2 2 ) . (19)

接下来,我们要给出 2 d L 2 2 的估计,将 2 作用到(18)3,再对得到的等式乘以 2 d 并在 R 3 上积分可得

1 2 d d t 2 d 2 + 3 d L 2 2 = 3 2 ( u d ) 2 d d x + 3 2 ( | d | 2 d ) 2 d d x = 3 ( u d ) 3 d d x 3 ( | d | 2 d ) 3 d d x C ( δ + δ 1 ) ( d L 2 2 + 2 d L 2 2 + 3 d L 2 2 ) . (20)

将(19)和(20)相加,得到

1 2 d d t ( ρ L 2 2 + u L 2 2 + 2 d L 2 2 ) + 2 u L 2 2 + div u L 2 2 + 3 d L 2 2 C ( δ + δ 1 ) ( d L 2 2 + 2 d L 2 2 + 3 d L 2 2 + ρ L 2 2 + u L 2 2 ) + C δ ( ρ L 2 2 + 2 ρ L 2 2 + 2 u L 2 2 ) . (21)

引理4.2证毕。

引理4.3 对于整数 k = 2 ,有

1 2 d d t ( 2 ρ L 2 2 + 2 u L 2 2 ) + 3 u L 2 2 + 2 div u L 2 2 C ( δ + δ 1 ) ( d L 2 2 + 2 d L 2 2 + 3 d L 2 2 + ρ L 2 2 + 3 u L 2 2 ) + C δ ( 2 ρ L 2 2 + 2 u L 2 2 ) . (22)

证明:将 k 分别作用于(8)1和(8)2,同时用 k ρ , k u 分别乘以(8)1和(8)2,在 R 3 上积分得到

1 2 d d t ( 2 ρ L 2 2 + 2 u L 2 2 ) + 3 u L 2 2 + 2 div u L 2 2 = 2 ρ , 2 div ( ρ u ) 2 u , 2 ( u u ) 2 u , 2 ( l ( ρ ) Δ u + l ( ρ ) div u ) 2 u , 2 ( f ( ρ ) ρ ) 2 u , 2 ( 1 1 + ρ d Δ d ) : = K 1 + K 2 + K 3 + K 4 + K 5 . (23)

对于 K 1 ,由分部积分、Sobolev不等式和先验假设可知

K 1 = 3 2 ρ 2 div ( ρ u ) d x C 2 ρ L 2 [ 2 ρ u L 2 + ρ 2 u L 2 + ρ 3 u L 2 ] C 2 ρ L 2 [ 2 ρ L 2 u L + ρ L 3 2 u L 6 + ρ L 3 u L 2 ] C δ ( 2 ρ L 2 2 + 2 u L 2 2 + 3 u L 2 2 ) ,

K 2 = | 2 u , 2 ( u u ) | = 3 u 2 u 2 u d x + 3 [ 2 ( u u ) u 2 u ] 2 u d x C 2 u L 2 2 div u L + C 2 u L 2 ( 2 u L 2 u L + u L 2 u L 2 ) C δ ( 2 u L 2 2 + 3 u L 2 2 ) .

K 3 = 3 2 u 2 ( l ( ρ ) Δ u + l ( ρ ) div u ) d x = 3 3 u [ l ( ρ ) ρ Δ u + l ( ρ ) Δ u ] d x + 3 3 u [ l ( ρ ) ρ div u + l ( ρ ) 2 div u ] d x C δ ( ρ L 2 2 + 2 u L 2 2 + 3 u L 2 2 ) ,

K 4 = 3 2 u 2 ( f ( ρ ) ρ ) d x C δ ( ρ L 2 2 + 2 ρ L 2 2 + 3 u L 2 2 ) .

同样的,对于 K 5

K 5 = 3 2 u 2 ( 1 1 + ρ d Δ d ) d x = 3 3 u [ ( 1 1 + ρ ) ( d Δ d ) + 1 1 + ρ ( d Δ d ) ] d x C ( δ + δ 1 ) ( d L 2 2 + 2 d L 2 2 + 3 d L 2 2 + 2 ρ L 2 2 + 3 u L 2 2 ) .

最后,综上所得,

1 2 d d t ( 2 ρ L 2 2 + 2 u L 2 2 ) + 3 u L 2 2 + 2 div u L 2 2 C ( δ + δ 1 ) ( d L 2 2 + 2 d L 2 2 + 3 d L 2 2 + ρ L 2 2 + 3 u L 2 2 ) + C δ ( 2 ρ L 2 2 + 2 u L 2 2 ) . (24)

由引理4.1和引理4.2可得,我们需要给出 2 ρ 的L2估计。由知道

ρ = 1 ρ + 1 d Δ d u u + 1 ρ + 1 Δ u + 1 ρ + 1 div u u t , (25)

作用到上式,再对得到的等式乘以 2 ρ ,然后在 R 3 上积分可得

2 ρ L 2 2 + 2 ρ u t d x = 2 ρ ( u u ) d x 2 ρ ( 1 1 + ρ d Δ d ) d x + [ 2 ρ ( 1 1 + ρ Δ u ) + 2 ρ ( 1 1 + ρ div u ) ] d x : = Q 1 + Q 2 + Q 3 . (26)

利用Hölder不等式、Sobolev不等式(5)和(9)可得

Q 1 = 2 ρ ( u u ) C δ ( 2 ρ L 2 2 + 2 u L 2 2 ) ,

Q 3 = [ 2 ρ ( 1 1 + ρ Δ u ) + 2 ρ ( 1 1 + ρ div u ) ] d x C δ 3 u L 2 2 + 2 ρ L 2 2 ) ,

类似地,有

Q 2 = 2 ρ ( 1 1 + ρ d Δ d ) d x 2 ρ L 2 ( ( 1 1 + ρ ) d Δ d + 1 1 + ρ ( d Δ d ) ) d x 2 ρ L 2 ( 1 1 + ρ ) L 6 d L 6 Δ d L 6 + C ( Δ d L 4 2 + d L Δ d L 2 ) C ( δ + δ 1 ) ( 2 d L 2 2 + 3 d L 2 2 + 2 ρ L 2 2 ) .

下面对(25)左边的式子进行估计

2 ρ u t = d d t u 2 ρ d x u 2 ρ t d x = d d t u 2 ρ d x ( div u ) 2 d x u 2 div ( ρ u ) d x d d t u 2 ρ d x ( div u ) 2 d x C δ ( 3 u L 2 2 + 2 ρ L 2 2 ) .

现在利用插值不等式,可以得到

d d t { 2 ( ρ , u ) L 2 2 γ 2 u 2 ρ d x } + ( 3 u L 2 2 + 2 ρ L 2 2 ) C ( δ + δ 1 ) ( 3 u L 2 2 + d L 2 2 + 2 d L 2 2 + 3 d L 2 2 + ρ L 2 2 + 2 ρ L 2 2 ) . (27)

通过利用 γ 2 δ , δ 1 的小性、引理4.1和引理4.2以及(28)可得

d d t { ( ρ , u ) H 2 2 + d H 1 2 } + ρ H 1 2 + ( u , d ) H 2 2 0. (28)

最后对(28)关于时间t积分得到了定理3.1的结果。证毕。

参考文献

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