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A Banach spaces-based mixed finite element method for the stationary convective Brinkman–Forchheimer problem
Indexado
WoS WOS:001091424100001
Scopus SCOPUS_ID:85174582767
DOI 10.1007/S10092-023-00544-2
Año 2023
Tipo artículo de investigación

Citas Totales

Autores Afiliación Chile

Instituciones Chile

% Participación
Internacional

Autores
Afiliación Extranjera

Instituciones
Extranjeras


Abstract



We propose and analyze a new mixed finite element method for the nonlinear problem given by the stationary convective Brinkman–Forchheimer equations. In addition to the original fluid variables, the pseudostress is introduced as an auxiliary unknown, and then the incompressibility condition is used to eliminate the pressure, which is computed afterwards by a postprocessing formula depending on the aforementioned tensor and the velocity. As a consequence, we obtain a mixed variational formulation consisting of a nonlinear perturbation of, in turn, a perturbed saddle point problem in a Banach spaces framework. In this way, and differently from the techniques previously developed for this model, no augmentation procedure needs to be incorporated into the formulation nor into the solvability analysis. The resulting non-augmented scheme is then written equivalently as a fixed-point equation, so that recently established solvability results for perturbed saddle-point problems in Banach spaces, along with the well-known Banach–Nečas–Babuška and Banach theorems, are applied to prove the well-posedness of the continuous and discrete systems. The finite element discretization involves Raviart–Thomas elements of order k≥ 0 for the pseudostress tensor and discontinuous piecewise polynomial elements of degree ≤ k for the velocity. Stability, convergence, and optimal a priori error estimates for the associated Galerkin scheme are obtained. Numerical examples confirm the theoretical rates of convergence and illustrate the performance and flexibility of the method. In particular, the case of flow through a 2D porous media with fracture networks is considered.

Revista



Revista ISSN
Calcolo 0008-0624

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Disciplinas de Investigación



WOS
Mathematics
Mathematics, Applied
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Sin Disciplinas
SciELO
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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 Caucao, Sergio Hombre Universidad Católica de la Santísima Concepción - Chile
2 GATICA-PEREZ, GABRIEL NIBALDO Hombre Universidad de Concepción - Chile
3 GATICA-SIMPERTIGUE, LUIS FERNANDO Hombre Universidad Católica de la Santísima Concepción - Chile
Universidad de Concepción - Chile

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Financiamiento



Fuente
Universidad de Concepción
FONDECYT
Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico
Universidad Católica de la Santísima Concepción
Centro de Investigación en Ingeniería Matemática
Centro de Investigacion en Ingenieria Matematica (CI2MA)
ANID-Chile
Anillo of Computational Mathematics for Desalination Processes
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)

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Agradecimientos



Agradecimiento
This research was supported by ANID-Chile through the projects Centro de Modelamiento Matemático (FB210005), Anillo of Computational Mathematics for Desalination Processes (ACT210087), Fondecyt 11220393, and Fondecyt 1181748; by Grupo de Investigación en Análisis Numérico y Cálculo Científico (GIANuC), Universidad Católica de la Santísima Concepción; and by Centro de Investigación en Ingeniería Matemática (CIMA), Universidad de Concepción.
This research was supported by ANID-Chile through the projects Centro de Modelamiento Matematico (FB210005), Anillo of Computational Mathematics for DesalinationProcesses (ACT210087), Fondecyt 11220393, and Fondecyt 1181748; by Grupo de Investigacion en Analisis Numerico y Calculo Cientifico (GIANuC2), Universidad Catolica de la Santisima Concepcion;and by Centro de Investigacion en Ingenieria Matematica (CI2MA), Universidad de Concepcion

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