Solutions globales ( - < t < + ) des systèmes paraboliques de lois de conservation

Denis Serre

Annales de l'institut Fourier (1998)

  • Volume: 48, Issue: 4, page 1069-1091
  • ISSN: 0373-0956

Abstract

top
We consider either the boundary value problem, in the domain x > 0 , or a kind of Cauchy problem, for parabolic systems of conservation laws: t u + x f ( u ) = x 2 u . The flux f is chosen so as to make the inviscid system t u + x f ( u ) = 0 hyperbolic. We are concerned with the interaction of several (usually two) one-dimensional patterns. One of them at least will be a viscous shock wave, so that we suppose that at least one characteristic field is genuinely nonlinear. The other one may also be a viscous shock wave, either of the same family as the former or not, as well as a boundary layer, in the case of an IBVP. We then ask that the jacobian d f be invertible, so that the boundary is not characteristic, regarding the hyperbolic system. This problem takes its origin in the question of stability of the vanishing viscosity method for hyperbolic systems of conservation laws. The interaction is described by means of global-in-time solutions of the parabolic problem, with the unusual range - < t < + . However the problem resembles a Cauchy problem, with a given asymptotics as t - . We give here an existence proof of such special solutions. In the scalar case, the interaction (that is the asymptotic behaviour as time tends to + ) is completely described, using a result of Freistühler and the author [ L 1 -stability of shock waves in scalar viscous conservation laws, Com. Pure Appl. Math., vol 51 (1998), 291-301]. For systems, the existence is proved only for weak incident shock waves, mainly because these need to be dynamically stable in L 2 .

How to cite

top

Serre, Denis. "Solutions globales $(-\infty &lt;t&lt;+\infty )$ des systèmes paraboliques de lois de conservation." Annales de l'institut Fourier 48.4 (1998): 1069-1091. <http://eudml.org/doc/75309>.

@article{Serre1998,
abstract = {Nous considérons ici des solutions particulières des systèmes paraboliques de lois de conservation dans le domaine $x&gt;0$ ou bien pour $x\in \{\Bbb R\}$ :\begin\{\}\partial \_tu+\partial \_xf(u)=\partial \_x^2u.\end\{\}Nous faisons l’hypothèse que le système réduit $\partial _tu+\partial _xf(u)=0$ est hyperbolique. Notre but est la description de l’interaction d’ondes simples, mono-dimensionnelles, le plus souvent deux ondes exactement. L’une d’elle, au moins, est une onde de choc (pour le système réduit) visqueuse (pour le système parabolique). Il y a donc a priori un champ caractéristique vraiment non linéaire. L’autre peut être également une onde choc, pour la même famille ou bien pour une autre, ou encore être une couche limite, c’est-à-dire une solution stationnaire avec une condition de Dirichlet. Dans ce cas, on suppose que le bord n’est pas caractéristique. Cette question trouve sa source dans l’analyse de la méthode de viscosité appliquée à l’étude des systèmes hyperboliques de lois de conservation.L’interaction est décrite ici par des solutions globales en temps, dans le domaine inhabituel $-\infty &lt; t&lt; +\infty $. On reste cependant dans le cadre du problème de Cauchy, avec un comportement prescrit lorsque le temps décroît vers $-\infty $. Nous obtenons un théorème d’existence de telles solutions, lorsque les ondes incidentes sont d’amplitude assez petite. Dans le cas scalaire, le résultat a lieu sans cette restriction et nous pouvons de plus, en suivant l’analyse de Freistühler et de l’auteur [$L^1$-stability of shock waves in scalar viscous conservation laws, Com. Pure Appl. Math., vol 51 (1998), 291-301], décrire totalement l’interaction, c’est-à-dire le comportement asymptotique quand le temps tend vers l’infini.},
author = {Serre, Denis},
journal = {Annales de l'institut Fourier},
keywords = {viscous shock waves; boundary layers; initial value problem; mixed problem},
language = {fre},
number = {4},
pages = {1069-1091},
publisher = {Association des Annales de l'Institut Fourier},
title = {Solutions globales $(-\infty &lt;t&lt;+\infty )$ des systèmes paraboliques de lois de conservation},
url = {http://eudml.org/doc/75309},
volume = {48},
year = {1998},
}

TY - JOUR
AU - Serre, Denis
TI - Solutions globales $(-\infty &lt;t&lt;+\infty )$ des systèmes paraboliques de lois de conservation
JO - Annales de l'institut Fourier
PY - 1998
PB - Association des Annales de l'Institut Fourier
VL - 48
IS - 4
SP - 1069
EP - 1091
AB - Nous considérons ici des solutions particulières des systèmes paraboliques de lois de conservation dans le domaine $x&gt;0$ ou bien pour $x\in {\Bbb R}$ :\begin{}\partial _tu+\partial _xf(u)=\partial _x^2u.\end{}Nous faisons l’hypothèse que le système réduit $\partial _tu+\partial _xf(u)=0$ est hyperbolique. Notre but est la description de l’interaction d’ondes simples, mono-dimensionnelles, le plus souvent deux ondes exactement. L’une d’elle, au moins, est une onde de choc (pour le système réduit) visqueuse (pour le système parabolique). Il y a donc a priori un champ caractéristique vraiment non linéaire. L’autre peut être également une onde choc, pour la même famille ou bien pour une autre, ou encore être une couche limite, c’est-à-dire une solution stationnaire avec une condition de Dirichlet. Dans ce cas, on suppose que le bord n’est pas caractéristique. Cette question trouve sa source dans l’analyse de la méthode de viscosité appliquée à l’étude des systèmes hyperboliques de lois de conservation.L’interaction est décrite ici par des solutions globales en temps, dans le domaine inhabituel $-\infty &lt; t&lt; +\infty $. On reste cependant dans le cadre du problème de Cauchy, avec un comportement prescrit lorsque le temps décroît vers $-\infty $. Nous obtenons un théorème d’existence de telles solutions, lorsque les ondes incidentes sont d’amplitude assez petite. Dans le cas scalaire, le résultat a lieu sans cette restriction et nous pouvons de plus, en suivant l’analyse de Freistühler et de l’auteur [$L^1$-stability of shock waves in scalar viscous conservation laws, Com. Pure Appl. Math., vol 51 (1998), 291-301], décrire totalement l’interaction, c’est-à-dire le comportement asymptotique quand le temps tend vers l’infini.
LA - fre
KW - viscous shock waves; boundary layers; initial value problem; mixed problem
UR - http://eudml.org/doc/75309
ER -

References

top
  1. [1] C. BARDOS, A.-Y. LEROUX, J.-C. NÉDÉLEC, First order quasilinear equations with boundary conditions, Comm. in PDEs, vol. 4 (1979), 1017-1034. Zbl0418.35024MR81b:35052
  2. [2] A. BENABDALLAH, Le “p-système” dans un intervalle, C. R. Acad. Sci. Paris, vol. 303 (1986), 123-126. Zbl0607.35061MR87k:35023
  3. [3] A. BENABDALLAH, D. SERRE, Problèmes aux limites pour des systèmes hyperboliques non linéaires de deux équations à une dimension d'espace, C. R. Acad. Sci. Paris, vol. 305 (1987), 677-680. Zbl0632.35040MR89g:35067
  4. [4] K. N. CHUEY, C. C. CONLEY, J. K. SMOLLER, Positively invariant regions of nonlinear diffusion equations, Indiana Univ. Math. J., vol. 26 (1977), 373-392. Zbl0368.35040MR55 #3541
  5. [5] R. J. DIPERNA, Convergence of approximate solutions to conservation laws, Arch. Rat. Mech. Anal., vol. 82 (1983), 27-70. Zbl0519.35054MR84k:35091
  6. [6] F. DUBOIS, P. LEFLOCH, Boundary conditions for nonlinear hyperbolic systems of conservation laws, J. Diff. Equ., vol. 71 (1988), 93-122. Zbl0649.35057MR89c:35099
  7. [7] H. FREISTÜHLER, D. SERRE, L1-stability of shock waves in scalar viscous conservation laws, Comm. Pure Appl. Math., vol. 51 (1998), 291-301. Zbl0907.76046
  8. [8] H. FREISTÜHLER, D. SERRE, En préparation. 
  9. [9] M. GISCLON, Étude des conditions aux limites pour un système strictement hyperbolique, via l'approximation parabolique, J. Maths. Pures & Appl., vol. 75 (1996), 485-508. Zbl0869.35061MR97f:35129
  10. [10] M. GISCLON, D. SERRE, Étude des conditions aux limites pour un système strictement hyperbolique, via l'approximation parabolique, C. R. Acad. Sci. Paris, vol. 319 (1994), 377-382. Zbl0808.35075MR95e:35119
  11. [11] J. GOODMAN, Z. XIN, Viscous limits for piecewise smooth solutions to systems of conservation laws, Arch. Rat. Mech. Anal., vol. 121 (1992), 235-265. Zbl0792.35115MR93k:35167
  12. [12] D. SERRE, Systèmes de lois de conservation. Diderot, Paris, 1966. 

NotesEmbed ?

top

You must be logged in to post comments.

To embed these notes on your page include the following JavaScript code on your page where you want the notes to appear.

Only the controls for the widget will be shown in your chosen language. Notes will be shown in their authored language.

Tells the widget how many notes to show per page. You can cycle through additional notes using the next and previous controls.

    
                

Note: Best practice suggests putting the JavaScript code just before the closing </body> tag.