Обратная задача нестационарного течения несжимаемой жидкости в трубе с проницаемой стенкой

Abstract

Рассматривается процесс нестационарного течения вязкой несжимаемой жидкости в трубе с проницаемой стенкой, описываемый нелинейной системой дифференциальных уравнений в частных производных в переменных скорость–давление. Эта система уравнений сводится к одному нелинейному уравнению параболического типа относительно скорости. В рамках полученной модели поставлена обратная задача по определению коэффициента проницаемости стенки трубы, зависящего лишь от временной переменной. При этом на выходе трубы задается дополнительное условие относительно давления жидкости. Построен разностный аналог поставленной коэффициентной обратной задачи с использованием конечно-разностных аппроксимаций. Для решения полученной разностной задачи предложено специальное представление, позволяющее на каждом дискретном значении временной переменной расщепить задачу на две взаимно независимые линейные разностные задачи второго порядка. В результате получена явная формула для определения приближенного значения коэффициента проницаемости стенки при каждом дискретном значении временной переменной. На основе предложенного вычислительного алгоритма были проведены численные эксперименты для модельных задач. The process of unsteady flow of viscous incompressible fluid in a pipe with a permeable wall described by a nonlinear system of partial differential equations in the velocity–pressure variables is considered. This system of equations is reduced to a single nonlinear equation of parabolic type with respect to velocity. Within the framework of the obtained model, the inverse problem is posed to determine the permeability coefficient of the pipe wall, which depends only on the time variable. In this case, an additional condition relative to the fluid pressure is set at the outlet of the pipe. A difference analogue of the coefficient inverse problem is built using finite-difference approximations. For the solution of the received difference problem, the special representation is offered allowing to split problems into two mutually independent linear difference problems of the second order on each discrete value of a time variable. As a result, an explicit formula is obtained to determine the approximate value of the wall permeability coefficient for each discrete value of the time variable. On the basis of the proposed computational algorithm, numerical experiments were carried out for model problems.