Глобальные решения и решения с обострением для нелинейной диффузионной системы с источником и нелинейными граничными условиями

Abstract

In this paper, we study the global solvability and unsolvability of a nonlinear diffusion system with nonlinear boundary conditions in the case of slow diffusion. The conditions for the global existence of the solution in time and the unsolvability of the solution of the diffusion problem in a homogeneous medium are found on the basis of comparison principle and self-similar analysis. We obtain the critical exponent of the Fujita type and the critical global existence exponent, which plays an important role in the study of the qualitative properties of nonlinear models of reaction-diffusion, heat transfer, filtration and other physical, chemical, biological processes. In the global solvability case the principal terms of the asymptotic of solutions are obtained. It is well known that iterative methods require the presence of a suitable initial approximation, resulting in a rapid convergence to the exact solution and preserving qualitative properties of nonlinear processes under study, it is a major challenge for the numerical solution of nonlinear problems. This difficulty, depending on the value of the numerical parameters of the equation is overcome by a successful choice of initial approximations, which are mainly in the calculations suggested taking asymptotic formula. В данной работе изучается глобальная разрешимость и неразрешимость одной нелинейной системы диффузии c нелинейными граничными условиями в случае медленной диффузии. Найдены условия глобального существования решения по времени и неразрешимости решения нелинейной задачи диффузии в однородной среде на основе автомодельного анализа и метода сравнения решений. Получены критическая экспонента типа Фуджита, и критическая экспонента глобального существования решения по времени, играющих важную роль при исследованиях качественных свойств нелинейных моделей реакции – диффузии, теплопроводности, фильтрации и других физических, химических, биологических процессов. В случае глобальной разрешимости получен главный член асимптотики автомодельных решений. Известно, что итерационные методы требуют наличия подходящего начального приближения, приводящее быстрой сходимости к точному решению и сохраняющие качественные свойства изучаемых нелинейных процессов, это является основной трудностью для численного решения нелинейных задач. Эта трудность в зависимости от значения числовых параметров нелинейной системы диффузии с нелинейными граничными условиями преодолевается путем удачного выбора начальных приближений, в качестве которых при вычислениях предложено брать полученные асимптотические формулы.