Solutions classiques globales des équations d'Euler pour un fluide parfait compressible

Denis Serre

Annales de l'institut Fourier (1997)

  • Volume: 47, Issue: 1, page 139-153
  • ISSN: 0373-0956

Abstract

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Let ρ , u , e , S , p the usual variables describing the state of a fluid in an eulerian frame. The underlying physical space is d , d 1 . We restrict to the perfect gas law: p = ( γ - 1 ) ρ e , where γ [ 1 , 1 + 2 / d ] is a constant. In the formal limit ρ 0 (rarefied gases), the particles evolve freely with a uniform motion; if the initial velocity field is linear (say u 0 ( x ) = A 0 x ), then it remains so, with A ' ( t ) = - A ( t ) 2 , and it is defined for every positive time, provided A 0 does not have a non-positive real eigenvalue. Let u A be this field. The purpose of this paper is to prove that, if the initial data ( ρ 0 , u 0 , S 0 ) is close to ( 0 , u A , S ) , with S a constant, then the Cauchy problem admits a (unique) smooth solution defined for all t 0 . In the mono-atomic case ( γ = 1 + 2 / d ), we give an accurate description of the asymptotic behaviour. All these results are especially designed for finite mass flows. The above-mentioned closeness relies as usual to the space H m ( d ) with m > 1 + d / 2 .In even space dimension (say d = 2 ), our result shows the existence of non-trivial smooth flows defined for all times t .

How to cite

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Serre, Denis. "Solutions classiques globales des équations d'Euler pour un fluide parfait compressible." Annales de l'institut Fourier 47.1 (1997): 139-153. <http://eudml.org/doc/75224>.

@article{Serre1997,
abstract = {Soit $\rho $, $u$, $e$, $S$ et $p$ les variables usuelles qui décrivent l’état d’un fluide en coordonnées eulériennes. Le domaine physique occupé par le fluide est a priori$\{\Bbb R\}^d$ tout entier, mais $\rho $ peut être nul en dehors d’un compact $K(t)$. On choisit l’équation d’état d’un gaz parfait, $p=(\gamma -1)\rho e$, où $\gamma \in [1,1+2/d]$ est une constante. Le cas $\gamma =1+2/d$ est celui du gaz mono-atomique.Dans la limite $\rho \rightarrow 0$, les collisions sont rares et on est tenté d’approcher le mouvement des particules par un mouvement rectiligne uniforme : le champ de vitesse obéit alors à $v_t+(v\cdot \nabla )v=0$. Si de plus $v(0,x)=A_0x$, où $A_0\in M_d(\{\Bbb R\})$ n’a pas de valeur propre réelle négative, $v$ est défini pour tout $t\ge 0 : v(t,x)=A(t)x$, ce qu’on note $u_\{A(t)\}$.On montre ici que, pour une condition initiale $\rho _0$, $u_0$, $S_0$ telle que $\rho _0^\{(\gamma -1)/2\}$, $u_0-u_\{A_0\}$, $S_0-\bar\{S\}$ ($\bar\{S\}$ étant une constante) soient petits dans $H^m(\{\Bbb R\}^d)$ ($m&gt;1+d/2$), le problème de Cauchy admet une solution classique pour tout $t\ge 0$. Si de plus $A_0$ n’a aucune valeur propre réelle (dans ce cas, $d$ est pair), l’existence a lieu pour tout $t\in \{\Bbb R\}$. Enfin, pour un gaz mono-atomique, on donne une description précise du comportement asymptotique en temps.},
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TY - JOUR
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AB - Soit $\rho $, $u$, $e$, $S$ et $p$ les variables usuelles qui décrivent l’état d’un fluide en coordonnées eulériennes. Le domaine physique occupé par le fluide est a priori${\Bbb R}^d$ tout entier, mais $\rho $ peut être nul en dehors d’un compact $K(t)$. On choisit l’équation d’état d’un gaz parfait, $p=(\gamma -1)\rho e$, où $\gamma \in [1,1+2/d]$ est une constante. Le cas $\gamma =1+2/d$ est celui du gaz mono-atomique.Dans la limite $\rho \rightarrow 0$, les collisions sont rares et on est tenté d’approcher le mouvement des particules par un mouvement rectiligne uniforme : le champ de vitesse obéit alors à $v_t+(v\cdot \nabla )v=0$. Si de plus $v(0,x)=A_0x$, où $A_0\in M_d({\Bbb R})$ n’a pas de valeur propre réelle négative, $v$ est défini pour tout $t\ge 0 : v(t,x)=A(t)x$, ce qu’on note $u_{A(t)}$.On montre ici que, pour une condition initiale $\rho _0$, $u_0$, $S_0$ telle que $\rho _0^{(\gamma -1)/2}$, $u_0-u_{A_0}$, $S_0-\bar{S}$ ($\bar{S}$ étant une constante) soient petits dans $H^m({\Bbb R}^d)$ ($m&gt;1+d/2$), le problème de Cauchy admet une solution classique pour tout $t\ge 0$. Si de plus $A_0$ n’a aucune valeur propre réelle (dans ce cas, $d$ est pair), l’existence a lieu pour tout $t\in {\Bbb R}$. Enfin, pour un gaz mono-atomique, on donne une description précise du comportement asymptotique en temps.
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References

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  1. [1] S. ALINHAC, Temps de vie des solutions régulières des équations d'Euler compressibles axisymétriques en dimension deux, Inventiones Mathematicae, vol 111 (1993), 627-678. Zbl0798.35129MR94a:35089
  2. [2] J.-Y. CHEMIN, Dynamique des gaz à masse totale finie, Asymptotic Analysis, vol 3 (1990), 215-220. Zbl0708.76110MR92a:76075
  3. [3] L. GARDING, Problèmes de Cauchy pour les systèmes quasi-linéaires d'ordre un strictement hyperboliques, in Les équations aux dérivées partielles, Colloques internationaux du CNRS, vol 117, 33-40, Paris 1963. Zbl0239.35013MR30 #1310
  4. [4] P.D. LAX, Development of singularities of solutions of nonlinear hyperbolic partial differential equations, J. Math. Phys., vol 5 (1964), 611-613. Zbl0135.15101MR29 #2532
  5. [5] P.-L. LIONS, Existence globale de solutions pour les équations de Navier-Stokes compressibles isentropiques, Comptes Rendus Acad. Sci. Paris, vol 316 (1993), 1335-1340 et : Compacité des solutions des équations de Navier-Stokes compressibles isentropiques, Comptes Rendus Acad. Sci. Paris, vol 317 (1993), 115-120. Zbl0778.76086MR94e:35107
  6. [6] T. MAKINO, S. UKAI et S. KAWASHIMA, Sur la solution à support compact de l'équation d'Euler compressible, Japan J. Appl. Math., vol 3 (1986), 249-257. Zbl0637.76065MR88g:35159
  7. [7] A. MAJDA, Compressible fluid flows and systems of conservation laws in several space variables, Appl. Math. Sci. Ser., vol 53. Springer-Verlag, Berlin, 1983. Zbl0537.76001
  8. [8] D. SERRE, Systèmes de lois de conservation, Diderot, Paris, 1996. 
  9. [9] T. SIDERIS, Formation of singularities in three-dimensional compressible fluids, Commun. Math. Phys., vol 101 (1985), 475-485. Zbl0606.76088MR87d:35127

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