Resultados analíticos y numéricos para la ecuación de difusión-reacción cuando el coeficiente de reacción depende simultáneamente de las coordenadas espaciales y temporales
Autores: Askar, Ali Habeeb; Nagy, Ádám; Barna, Imre Ferenc; Kovács, Endre
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Resultados analíticos y numéricos para la ecuación de difusión-reacción cuando el coeficiente de reacción depende simultáneamente de las coordenadas espaciales y temporales
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería de Sistemas
Palabras clave
Ansatz de onda viajera
Soluciones analíticas
Ecuación de difusión-reacción
Funciones de Heun
Funciones de Mathieu
Métodos numéricos estables
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 25
Citaciones: Sin citaciones
Utilizamos el Ansatz de onda viajera para obtener nuevas soluciones analíticas a la ecuación lineal de difusión-reacción. El término de reacción es una función del tiempo y del espacio simultáneamente, primero en forma lorentziana y segundo en forma de onda viajera de coseno. Las nuevas soluciones contienen las funciones Heun en el primer caso y las funciones Mathieu en el segundo caso, y por lo tanto son altamente no triviales. Utilizamos estas soluciones para probar algunos métodos numéricos explícitos y estables no convencionales frente a los métodos explícitos e implícitos estándar, donde en este último caso el sistema de ecuaciones algebraicas se resuelve mediante los solucionadores de gradiente conjugado precondicionado y GMRES. Después de esta verificación, también calculamos la temperatura transitoria de una superficie 2D sometida al efecto de enfriamiento del viento, que es nuevamente una función del espacio y del tiempo. Obtenemos que los métodos estables explícitos pueden alcanzar la precisión de los solucionadores implícitos en órdenes de magnitud de tiempo más cortos.
Descripción
Utilizamos el Ansatz de onda viajera para obtener nuevas soluciones analíticas a la ecuación lineal de difusión-reacción. El término de reacción es una función del tiempo y del espacio simultáneamente, primero en forma lorentziana y segundo en forma de onda viajera de coseno. Las nuevas soluciones contienen las funciones Heun en el primer caso y las funciones Mathieu en el segundo caso, y por lo tanto son altamente no triviales. Utilizamos estas soluciones para probar algunos métodos numéricos explícitos y estables no convencionales frente a los métodos explícitos e implícitos estándar, donde en este último caso el sistema de ecuaciones algebraicas se resuelve mediante los solucionadores de gradiente conjugado precondicionado y GMRES. Después de esta verificación, también calculamos la temperatura transitoria de una superficie 2D sometida al efecto de enfriamiento del viento, que es nuevamente una función del espacio y del tiempo. Obtenemos que los métodos estables explícitos pueden alcanzar la precisión de los solucionadores implícitos en órdenes de magnitud de tiempo más cortos.