Análisis numérico exhaustivo de modelos de reacción-difusión fraccionarios en el tiempo con aplicaciones a fenómenos químicos y biológicos
Autores: Owolabi, Kolade M.; Jain, Sonal; Pindza, Edson; Mare, Eben
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Análisis numérico exhaustivo de modelos de reacción-difusión fraccionarios en el tiempo con aplicaciones a fenómenos químicos y biológicos
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Técnica computacional
Esquemas de diferencias finitas
Modelos de reacción-difusión fraccionarios en el tiempo
Sentido de Caputo
Estabilidad
Convergencia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 21
Citaciones: Sin citaciones
Este documento tiene como objetivo presentar una técnica computacional robusta que utiliza esquemas de diferencias finitas para resolver con precisión modelos de reacción-difusión fraccionarios en el tiempo, que son prevalentes en fenómenos químicos y biológicos. La derivada fraccionaria en el tiempo se trata en el sentido de Caputo, abordando escenarios lineales y no lineales. Los esquemas propuestos fueron evaluados rigurosamente en cuanto a estabilidad y convergencia. Además, la efectividad de los esquemas desarrollados fue validada a través de varios modelos lineales y no lineales, incluyendo la ecuación de Allen-Cahn, la ecuación de KPP-Fisher y el problema oscilatorio de Ginzburg-Landau complejo. Estos modelos se probaron en espacios de una, dos y tres dimensiones para investigar los diversos patrones y dinámicas que surgen. Se proporcionaron resultados numéricos completos, mostrando diferentes casos del parámetro de orden fraccionario, resaltando la versatilidad y confiabilidad de los esquemas para capturar comportamientos complejos en la dinámica de reacción-difusión fraccionaria.
Descripción
Este documento tiene como objetivo presentar una técnica computacional robusta que utiliza esquemas de diferencias finitas para resolver con precisión modelos de reacción-difusión fraccionarios en el tiempo, que son prevalentes en fenómenos químicos y biológicos. La derivada fraccionaria en el tiempo se trata en el sentido de Caputo, abordando escenarios lineales y no lineales. Los esquemas propuestos fueron evaluados rigurosamente en cuanto a estabilidad y convergencia. Además, la efectividad de los esquemas desarrollados fue validada a través de varios modelos lineales y no lineales, incluyendo la ecuación de Allen-Cahn, la ecuación de KPP-Fisher y el problema oscilatorio de Ginzburg-Landau complejo. Estos modelos se probaron en espacios de una, dos y tres dimensiones para investigar los diversos patrones y dinámicas que surgen. Se proporcionaron resultados numéricos completos, mostrando diferentes casos del parámetro de orden fraccionario, resaltando la versatilidad y confiabilidad de los esquemas para capturar comportamientos complejos en la dinámica de reacción-difusión fraccionaria.