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New Mixed Finite Element Methods for the Coupled Convective Brinkman-Forchheimer and Double-Diffusion Equations
Indexado
WoS WOS:001088864000002
Scopus SCOPUS_ID:85174862756
DOI 10.1007/S10915-023-02371-7
Año 2023
Tipo artículo de investigación

Citas Totales

Autores Afiliación Chile

Instituciones Chile

% Participación
Internacional

Autores
Afiliación Extranjera

Instituciones
Extranjeras


Abstract



In this paper we introduce and analyze new Banach spaces-based mixed finite element methods for the stationary nonlinear problem arising from the coupling of the convective Brinkman-Forchheimer equations with a double diffusion phenomenon. Besides the velocity and pressure variables, the symmetric stress and the skew-symmetric vorticity tensors are introduced as auxiliary unknowns of the fluid. Thus, the incompressibility condition allows to eliminate the pressure, which, along with the velocity gradient and the shear stress, can be computed afterwards via postprocessing formulae depending on the velocity and the aforementioned new tensors. Regarding the diffusive part of the coupled model, and additionally to the temperature and concentration of the solute, their gradients and pseudoheat/pseudodiffusion vectors are incorporated as further unknowns as well. The resulting mixed variational formulation, settled within a Banach spaces framework, consists of a nonlinear perturbation of, in turn, a nonlinearly perturbed saddle-point scheme, coupled with a usual saddle-point system. A fixed-point strategy, combined with classical and recent solvability results for suitable linearizations of the decoupled problems, including in particular, the Banach-Nečas-Babuška theorem and the Babuška-Brezzi theory, are employed to prove, jointly with the Banach fixed-point theorem, the well-posedness of the continuous and discrete formulations. Both PEERS and AFW elements of order ℓ⩾ 0 for the fluid variables, and piecewise polynomials of degree ⩽ ℓ together with Raviart-Thomas elements of order ℓ for the unknowns of the diffusion equations, constitute feasible choices for the Galerkin scheme. In turn, optimal a priori error estimates, including those for the postprocessed unknowns, are derived, and corresponding rates of convergence are established. Finally, several numerical experiments confirming the latter and illustrating the good performance of the proposed methods, are reported.

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Disciplinas de Investigación



WOS
Mathematics, Applied
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Sin Disciplinas
SciELO
Sin Disciplinas

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Publicaciones WoS (Ediciones: ISSHP, ISTP, AHCI, SSCI, SCI), Scopus, SciELO Chile.

Colaboración Institucional



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Autores - Afiliación



Ord. Autor Género Institución - País
1 Carrasco, Sergio - Universidad de Concepción - Chile
2 Caucao, Sergio Hombre Universidad Católica de la Santísima Concepción - Chile
3 GATICA-PEREZ, GABRIEL NIBALDO Hombre Universidad de Concepción - Chile

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Financiamiento



Fuente
Universidad de Concepción
Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico
Universidad Católica de la Santísima Concepción
Fondecyt Project
Centro de Investigación en Ingeniería Matemática
ANID-Chile
Anillo of Computational Mathematics for Desalination Processes
ANID-Chile through Centro de Modelamiento Matematico
Grupo de Investigación en Análisis Numérico y Cálculo Científico
Centro de Modelamiento Matemático, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas
Grupo de Investigacion en Analisis Numerico y Calculo Cientifico (GIANuC2)
Centro de Investigacion en Ingenieria Matematica(CI2MA), Universidad de Concepcion

Muestra la fuente de financiamiento declarada en la publicación.

Agradecimientos



Agradecimiento
This research was partially supported by ANID-Chile through Centro de Modelamiento Matemático (FB210005), Anillo of Computational Mathematics for Desalination Processes (ACT210087), and Fondecyt project 11220393; by Centro de Investigación en Ingeniería Matemática (CIMA), Universidad de Concepción; and by Grupo de Investigación en Análisis Numérico y Cálculo Científico (GIANuC), Universidad Católica de la Santísima Concepción.
This research was partially supported by ANID-Chile through Centro de Modelamiento Matematico(FB210005), Anillo of Computational Mathematics for Desalination Processes(ACT210087), and Fondecyt project 11220393; by Centro de Investigacion en Ingenieria Matematica(CI2MA), Universidad de Concepcion; and by Grupo de Investigacion en Analisis Numerico y Calculo Cientifico (GIANuC2), Universidad Catolica de la Santisima Concepcion.

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