Асимптотическое приближение решения уравнения реакция-диффузия-адвекция с нелинейным адвективным слагаемым

We consider a solution in a moving front form of the initial-boundary value problem for a singularly perturbed reaction-diffusion equation in a band with periodic conditions in one of the variables. Interest in solutions of the front type is associated with combustion problems or nonlinear acoustic waves. In the domain of the function which describes the moving front there is a subdomain where the function has a large gradient. This subdomain is called the internal transition layer. Boundary value problems with internal transition layers have a natural small parameter that is equal to the ratio of the transition layer width to the width of the region under consideration. The presence of a small parameter at the highest spatial derivative makes the problem singularly perturbed. The numerical solution of such problems meets certain difficulties connected with the choice of grids and initial conditions. To solve these problems the use of analytical methods is especially successful. Asymptotic analysis which uses Vasilieva’s algorithm was carried out in the paper. That made it possible to obtain an asymptotic approximation of the solution, which can be used as an initial condition for a numerical algorithm. We also determined the conditions for the existence of a front type solution. In addition, the analytical methods used in the paper make it possible to obtain in an explicit form the front motion equation approximation. This information can be used to develop mathematical models or numerical algorithms for solving boundary value problems for the reaction-diffusion-advection type equations. В работе рассматривается решение вида движущегося фронта начально-краевой задачи для сингулярно возмущенного уравнения реакция-диффузия-адвекция в полосе с периодическими условиями по одной из переменных. Особенностями настоящей работы является постановка задачи в двумерной области и наличие большого адвективного слагаемого в исходном уравнении. Интерес к решениям вида фронта связан с задачами горения или нелинейных акустических волн. В области определения функции, описывающей движущийся фронт, содержится подобласть, в которой функция обладает большим градиентом. Эта подобласть называется внутренним переходным слоем. Задачи с внутренними переходными слоями содержат естественный малый параметр, равный отношению ширины переходного слоя к ширине рассматриваемой области. Наличие малого параметра при старшей производной по пространственным координатам делает задачу сингулярно возмущенной. Численное решение таких задач встречает определенные сложности, связанные с выбором сеток и начальных условий. Для решения этих проблем наиболее успешным является использование аналитических методов. Асимптотический анализ с использованием алгоритма Васильевой, проведенный в настоящей работе, позволяет определить условия существования решения вида фронта, а также получить асимптотическое приближение решения, которое можно выбрать в качестве начального условия для численного алгоритма. Кроме того, аналитические методы, использованные в работе, позволяют выписать уравнение для кривой, в области которой локализован фронт. Эти сведения могут быть полезными для разработки математических моделей или численных алгоритмов для решения задач вида реакция-диффузияадвекция