On local Solvability of the Problem of Fluid Motion in a Deformable Porous Medium in the Class of Continuous Functions

  • А.А. Папин Altai State University (Barnaul, Russia) Email: papin@math.asu.ru
  • М.А. Токарева Altai State University (Barnaul, Russia) Email: tma25@mail.ru
Keywords: filtration, poroelasticity, magma, Darcy law, global solvability

Abstract

The process of viscous fluid filtration in a deformable porous medium with mainly viscous properties is described by a system of equations that includes the equation of mass conservation for the liquid phase and the poroelastic skeleton, the law of momentum conservation in the form of Darcy law that considers the motion of the solid skeleton, the law of momentum conservation for the system as a whole, and the equation for effective pressure and porosity in the form of Maxwell’s rheological law. When liquid density and the poroelastic skeleton are taken to be constant, the system is closed and it reduces to one nonlinear equation of the porosity function in the Lagrange variables for the one-dimensional case. This paper is devoted to the mathematical justification of the proposed model. Two theorems on the local solvability of the problem of fluid filtration in a poroelastic medium are proved. Paragraph 1 provides an overview of the work. In paragraph 2, we state the problem and formulate the main results of the paper. In paragraph 3, we establish a local existence theorem for a smooth solution of an initial-boundary value problem in the class of continuous functions (theorem 1). In paragraph 4, we establish the local solvability of the problem in Holder classes (theorem 2). Theorem 1 is proved on the basis of the Hilbert theorem for the boundary value problem for an ordinary differential equation of the second order, and Theorem 2 is proved on the basis of the Tikhonov-Schauder theorem on a fixed point. The main point is the proof of the physical maximum principle for porosity.

DOI 10.14258/izvasu(2017)4-25

Downloads

Download data is not yet available.

Metrics

Metrics Loading ...

Author Biographies

А.А. Папин, Altai State University (Barnaul, Russia)
доктор физико-математических наук, доцент, заведующий кафедрой дифференциальных уравнений
М.А. Токарева, Altai State University (Barnaul, Russia)
старший преподаватель кафедры дифференциальных уравнений

References

Fowler A. Mathematical Geoscience // Interdisciplinary Applied Mathematics. — 2011 — 36.

Френкель Я.И. К теории сейсмических и сейсмоэлектрических явлений во влажной почве // Изв. Акад. наук СССР. — 1944. — Т. VIII, №4.

Золотарев П.П. Распространение звуковых волн в насыщенной газом пористой среде с жестким скелетом // Инженерный журнал. — 1964. - Т. IV.

Рахматулин Х.А. Основы газодинамики взаимопроникающих движений сжимаемых сред // ПММ. — 1956. — Т. XX.

Бочаров О.Б. О фильтрации двух несмешивающихся жидкостей в сжимаемом пласте // Динамика сплошной среды / СО АН СССР, Ин-т гидродинамики. — 1981. — Вып. 50.

Vedernikov V.V., Nikolaevskii V.N. Mechanics equations for porous medium saturated by a two-phase liquid // Izvestiya Akademii Nauk SSSR, Mekhanika Zhidkosti i Gaza. — 1978. — No. 5.

Бочаров О.Б., Рудяк В.Я., Серяков А.В. Простейшие модели деформирования пороупругой среды, насыщенной флюидами // Физикотехнические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2014. — № 2.

Rudyak V.Ya., Bocharov O.B., Seryakov A.V. Hierarchical sequence of models and deformation peculiarities of porous media saturated with fluids // Proceedings of the XLI Summer School-Conference Advanced Problems in Mechanics (APM-2013), July 1-6, — St-Petersburg, 2013.

Simpson M., Spiegelman M., Weinstein M.I. Degenerate dispersive equations arising in the stady of magma dynamics // Nonlinearity. — 2007. — V. 20.

Abourabia A.M., Hassan K.M., Morad A.M. Analytical solutions of the magma equations for rocks in a grnular matrix // Chaos Solutions Fract. — 2009. — V. 42.

Geng Y., Zhang L. Bifurcations of traveling wave solutions for the magma equation // Applied Mathematics and computation. — 2010. — V. 217.

Tokareva M.A. Localization of solutions of the equations of filtration in poroelastic medium // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Математика и физика. — 2015. — Т. 8, № 4.

Токарева М.А. Конечное время стабилизации решения уравнений фильтрации жидкости в пороупругой среде // Известия Алтайского гос. ун-та. — 2015. — № 1/2. DOI: 10.14258/izvasu(2015)1.2-28.

Папин А.А., Токарева М.А. О разрешимости в целом начально-краевой задачи для системы уравнений, описывающей движение магмы // Известия Алтайского гос. ун-та. — 2017. — №1(93). DOI: 10.14258/izvasu(2017)1-22.

Tokareva M.A. Solvability of initial boundary value problem for the equations of filtration in poroelastic media // Journal of Physics: Conference Series 722 (2016) 012037. Doi:10.1088/1742-6596/722/1/012037.

Ларькин Н.А., Новиков В.А., Яненко Н.Н. Нелинейные уравнения переменного типа. — Новосибирск, 1983.

Лизоркин П.И. Курс дифференциальных и интегральных уравнений с дополнительными главами анализа. — М., 1981.

Папин А.А. Краевые задачи двухфазной фильтрации — Барнаул, 2009.

Антонцев С.Н., Кажихов А. В., Монахов В. Н. Краевые задачи механики неоднородных жидкостей. — Новосибирск, 1983.

Ладыженская О.А., Уральцева Н.Н. Линейные и квазилинейные уравнения эллиптического типа. — М., 1973.

How to Cite
Папин А., Токарева М. On local Solvability of the Problem of Fluid Motion in a Deformable Porous Medium in the Class of Continuous Functions // Izvestiya of Altai State University, 1, № 4(96) DOI: 10.14258/izvasu(2017)4-25. URL: http://izvestiya.asu.ru/article/view/%282017%294-25.