等离子体中分数阶微分方程求解的有限元方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11501441
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    18.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0504.微分方程数值解
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Fractional differential equations are of great importance in plasma, because the physical processes in the plasma can be accurately described by the fractional differential equations when the media possess the nonlocal properties. By using the computational mathematics, plasma physics, and fluid mechanics, this project will investigate the finite element methods for fractional differential equations in plasma. The project is composed of the following parts: For the plasma models with the coupling of high frequency-low frequency waves and nonlocal properties, it will establish the finite element methods for fractional coupled nonlinear Schrödinger equations, make the numerical simulations for the vector nonlinear waves, and reveal the effect of fractional derivative on the coupling of high frequency—low frequency waves; For the plasma models with the influence of magnetic fields and nonlocal properties, it will establish multiscale finite element methods for fractional MHD equations, make the numerical simulations for the magnetohydrodynamics problems, and explore the interactions between the fractional derivative and multiphysics coupling. This project will promote the cross development of computational mathematics, plasma physics, and fluid mechanics, improve the numerical methods for fractional differential equations, extend the applications of fractional differential equations, and provide new mathematical theories for investigating the plasma with nonlocal properties.
分数阶微分方程在等离子体中占有十分重要的地位,这是因为当介质具有非局部性质时,等离子体中的物理过程需要通过分数阶微分方程进行准确的描述。本项目综合运用计算数学、等离子体物理学和流体力学的知识,研究等离子体中分数阶微分方程求解的有限元方法,具体内容包括:针对高频—低频波发生耦合作用且具有非局部性质的等离子体模型,本项目将建立分数阶耦合非线性Schrödinger方程的有限元方法,对矢量非线性波动现象进行数值模拟,揭示分数阶导数对高频—低频波耦合作用的物理机理的影响;针对受到磁场作用且具有非局部性质的等离子体模型,本项目将建立分数阶MHD方程的多尺度有限元方法,对磁流体力学问题进行数值模拟,探索分数阶导数对多物理场耦合的作用规律。本项目将推动计算数学、等离子体物理学与流体力学的交叉发展,完善分数阶微分方程的数值算法,扩大分数阶微分方程的应用范围,为研究具有非局部性质的等离子体提供新的数学理论。

结项摘要

本项目综合运用了计算数学、等离子体物理学和流体力学的知识,研究了等离子体中非线性分数阶微分方程的数值解法。具体研究内容包括:根据具体的物理环境建立等离子体的流体力学方程组,如Euler-Possion方程组、MHD方程组等;在小振幅的假设下,本项目通过约化摄动理论、变分原理和分数阶微积分理论从流体力学方程组中推导出了分数阶Schamel-KdV方程、非线性Schrödinger方程等非线性偏微分方程,构造了求解分数阶微分方程的数值算法,建立了算法的收敛性和稳定性分析,并通过数值算例验证了理论分析,编写了新的程序;本项目对等离子体中的非线性物理过程开展了数值工作,分析了Riesz分数阶导数和Caputo分数阶导数对等离子体中的孤立波、激波、怪波等非线性波动现象的影响,探讨了分数阶导数的阶数与非线性波动的空间—时间分布、振幅、速度、非线性叠加等物理性质之间的关系,揭示了非局部性质对等离子体的作用规律。.. 本项目已发表多篇SCI论文,相关研究成果在理论方面能够丰富分数阶微分方程的数值算法,在应用方面能够指导等离子体物理实验,并且推动了计算数学、等离子体物理学与流体力学的交叉发展。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Time-fractional Schamel-KdV equation for dust-ion-acoustic waves in pair-ion plasma with trapped electrons and opposite polarity dust grains
具有俘获电子和相反极性尘埃颗粒的对离子等离子体中尘埃离子声波的时间分数 Schamel-KdV 方程
  • DOI:
    10.1016/j.physleta.2016.01.002
  • 发表时间:
    2016-03
  • 期刊:
    Physics Letters A
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Guo Shimin;Mei Liquan;He Yaling;Li Yibao
  • 通讯作者:
    Li Yibao
Triply periodic minimal surface using a modified Allen-Cahn equation
使用修正的 Allen-Cahn 方程的三周期最小表面
  • DOI:
    10.1016/j.amc.2016.10.005
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Applied Mathematics and Computation
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Li Yibao;Guo Shimin
  • 通讯作者:
    Guo Shimin
Modulation instability and ion-acoustic rogue waves in a strongly coupled collisional plasma with nonthermal nonextensive electrons
具有非热非广延电子的强耦合碰撞等离子体中的调制不稳定性和离子声流氓波
  • DOI:
    10.1088/0741-3335/58/2/025014
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Plasma Physics and Controlled Fusion
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Guo Shimin;Mei Liquan;He Yaling;Li Ying
  • 通讯作者:
    Li Ying
The effect of trapped electrons on the three-dimensional ion-acoustic shock wave in magnetized ionic-pair plasma
磁化离子对等离子体中俘获电子对三维离子声激波的影响
  • DOI:
    10.1209/0295-5075/114/25002
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    EPL
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Guo Shimin;Mei Liquan;He Ya-Ling;Guo Huaqi;Zhao Yanjun
  • 通讯作者:
    Zhao Yanjun

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其他文献

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分数阶磁流体动力学方程的谱方法及其在等离子体中的应用
  • 批准号:
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  • 项目类别:
    面上项目

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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