محاسبات نرم

محاسبات نرم

یک روش هم‌مکانی مبتنی بر پایه‌های برنولی-هایپربولیک برای حل معادله‌ی دیفرانسیل کسری جریان الکتروهیدرودینامیک در یک مجرای استوانه‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه علوم کامپیوتر‏‏، مرکز آموزش عالی محلات‏، محلات‏، ایران.
2 گروه آموزش ریاضی، دانشگاه فرهنگیان، صندوق پستی ۸۸۹-۱۴۶۶۵، تهران، ایران.
چکیده
پژوهش حاضر یک روش عددی کارآمد برای حل معادلات دیفرانسیل کسری حاکم بر جریان‌های الکتروهیدرودینامیک ارائه می‌دهد. این روش بر ترکیب مؤثری از پایه‌های چندجمله‌ای برنولی و توابع سینوس هایپربولیک، استوار است. در این راستا، یک روش هم‌مکانی توسعه داده شده که از پایه‌های ترکیبی برنولی-هایپربولیک برای تقریب‌زدن بهره می‌برد. ابتدا، بالاترین مرتبه مشتق کسری موجود در معادله، از طریق یک بسط مبتنی بر چندجمله‌ای‌های برنولی مرتبه کسری و تابع سینوس هایپربولیک تقریب زده می‌شود. سپس، با به‌کارگیری اپراتور انتگرال کسری ریمان–لیوویل و اعمال شرایط مرزی مسئله، تقریب‌هایی برای تابع جواب و همچنین مشتقات کسری مرتبه پایین‌تر آن استخراج می‌گردد. در نهایت، با تشکیل تابع باقیمانده و هم‌مکانی آن در گره‌های ریشه‌های چندجمله‌ای لژاندر انتقال‌یافته، یک دستگاه معادلات جبری غیرخطی حاصل می‌آید که با استفاده از الگوریتم نیوتن حل شده و جواب عددی مسئله به دست می‌آید. همچنین، تحلیل همگرایی روش پیشنهادی ارائه شده و نتایج ارزیابی نشان می‌دهد روش پیشنهادی با تعداد اندکی نقاط هم‌مکانی به دقت بالایی دست می‌یابد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

A collocation method based on Bernoulli-hyperbolic bases for solving the fractional differential equation of electrohydrodynamic flow in a cylindrical conduit

نویسندگان English

Parisa Rahimkhani 1
Elham Keshavarz Hedayati 2
1 Faculty of Science, Mahallat Institute of Higher Education, Mahallat, Iran.
2 Department of Mathematics Education‎, ‎Farhangian University‎, ‎P.O‎. ‎Box 14665-889‎, ‎Tehran‎, ‎Iran.
چکیده English

The present study presents an efficient numerical method for solving the fractional differential equations governing electrohydrodynamic flows. This method is based on an effective combination of Bernoulli polynomial bases and hyperbolic sine functions. In this regard, a collocation method is developed that employs combined Bernoulli–hyperbolic bases for approximation. First, the highest-order fractional derivative appearing in the equation is approximated through an expansion based on fractional-order Bernoulli polynomials and the hyperbolic sine function. Then, by applying the Riemann–Liouville fractional integral operator and imposing the boundary conditions of the problem, approximations for the solution function as well as its lower-order fractional derivatives are obtained. Finally, by forming the residual function and collocating at the nodes corresponding to the roots of Legendre polynomials, a system of nonlinear algebraic equations is derived, which is solved using Newton’s algorithm to obtain the numerical solution of the problem. Also, convergence analysis of the proposed method is presented and evaluation results show that the proposed method achieves accuracy with a small number of collocation points.

کلیدواژه‌ها English

Fractional differential equations, Electrohydrodynamic flow, Collocation method, Bernoulli&ndash
hyperbolic basis functions, Riemann-Liouville fractional integral, Caputo fractional derivative, Convergence

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 15 تیر 1405

  • تاریخ دریافت 26 آذر 1404
  • تاریخ بازنگری 15 خرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 15 تیر 1405