Error estimates of the numerical method for the filtration problem with Caputo-Fabrizio fractional derivatives

Journal of Mathematics Mechanics and Computer Science, 2022

Полный текст Открытый доступ: Gold Метаданные (CSL-JSON)
DOI 10.26577/jmmcs.2022.v114.i2.010
Достоверность данных 70 средняя
Как считается эта оценка

Складывается из проверяемых признаков самой записи: есть ли у статьи DOI, сколько независимых источников подтвердили её данные, заполнены ли обязательные поля и насколько свежо последнее подтверждение. Снижают оценку расхождения между источниками и отсутствие идентификатора. Значение от 80 означает, что запись опубликована без дополнительной проверки; от 60 до 79 — что она опубликована с пониженной достоверностью и ручная проверка желательна. Запись, выверенную редактором вручную, пересчёт не опускает ниже 90. Это оценка наших данных о статье, а не оценка самой статьи.

Аннотация

This paper investigates a model of fluid flow in a fractured porous medium under the assumption of a uniform distribution of fractures throughout the volume. This model is based on the use of a fractional differential analogue of Darcy's law, as well as on the assumption that the properties of rock and fluid depend on pressure and its fractional derivative. Unlike previous studies, this study uses a fractional derivative in the Caputo-Fabrizio sense with a non-singular kernel. In this paper, we propose a numerical method for solving this initial boundary value problem and theoretically investigate the order of its convergence. The formulation of a fully discrete scheme is based on application of the finite difference approximation for integer and fractional timederivatives, and the Galerkin method in the spatial variable. A second-order formula is used to approximate both integer derivative and the fractional derivative in the sense of Caputo-Fabrizio. A priori estimates are obtained for both semi-discrete and fully discrete schemes, which imply their second-order convergence in time and space variables. A number of computational experiments were carried out on the example of a model problem to validate the accuracy of the scheme. The results of the numerical tests fully confirm the outcome of the theoretical analysis.