This paper presents the interior penalty discontinuous Galerkin finite element methods (DGFEM) for solving the rotating disk electrode problems in electrochemistry. We present results for the simple E reaction mechanism (convection-diffusion equations), the EC' reaction mechanism (reaction-convection-diffusion equation) and the ECE and $EC_2E$ reaction mechanisms (linear and nonlinear systems of reaction-convection-diffusion equations, respectively). All problems will be in one dimension.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.17
no.4
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pp.221-237
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2013
In this paper an asymptotic numerical method named as Initial Value Method (IVM) is suggested to solve the singularly perturbed weakly coupled system of reaction-diffusion type second order ordinary differential equations with negative shift (delay) terms. In this method, the original problem of solving the second order system of equations is reduced to solving eight first order singularly perturbed differential equations without delay and one system of difference equations. These singularly perturbed problems are solved by the second order hybrid finite difference scheme. An error estimate for this method is derived by using supremum norm and it is of almost second order. Numerical results are provided to illustrate the theoretical results.
Stability characteristics of hyperbolic reaction-diffusion equations with a reversible Brusselator model are investigated as an extension of the previous work. Intensive stability analysis is performed for three important parameters, Nrd, β and Dx, where Nrd is the reaction-diffusion number which is a measure of hyperbolicity, β is a measure of reversibility of autocatalytic reaction and Dx is a diffusion coefficient of intermediate X. Especially, the dependence on Nrd of stability exhibits some interesting features, such as hyperbolicity in the small Nrd region and parabolicity in the large Nrd region. The hyperbolic reaction-diffusion equations are solved numerically by a spectral method which is modified and adjusted to hyperbolic partial differential equations. The numerical method gives good accuracy and efficiency even in a stiff region in the case of small Nrd, and it can be extended to a two-dimensional system. Four types of solution, spatially homogeneous, spatially oscillatory, spatio-temporally oscillatory and chaotic can be obtained. Entropy productions for reaction are also calculated to get some crucial information related to the bifurcation of the system. At the bifurcation point, entropy production changes discontinuously and it shows that different structures of the system have different modes in the dissipative process required to maintain the structure of the system. But it appears that magnitude of entropy production in each structure give no important information related for states of system itself.
In this note, we consider a system of two reaction-diffusion equations with absorption, under homogeneous Dirichlet boundary. Using scaling methods, we establish the blow-up rate estimates.
S. Arul Veda Manickam;Moudgalya, Nannan-K.;Pani, Amiya-K.
Journal of applied mathematics & informatics
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v.15
no.1_2
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pp.1-28
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2004
We first apply a first order splitting to a semilinear reaction-diffusion equation and then discretize the resulting system by an $H^1$-Galerkin mixed finite element method in space. This semidiscrete method yields a system of differential algebraic equations (DAEs) of index one. A priori error estimates for semidiscrete scheme are derived for both differ-ential as well as algebraic components. For fully discretization, an implicit Runge-Kutta (IRK) methods is applied to the temporal direction and the error estimates are discussed for both components. Finally, we conclude the paper with a numerical example.
In this paper, we are concerned with the existence of random dynamics for stochastic non-autonomous reaction-diffusion equations driven by a Wiener-type multiplicative noise defined on the unbounded domains.
The kinetic and mechanism of the hydrothermal reaction between lime and quartz used solid state reaction equations have been investigated. Hydrothermal reaction on the starting materials was carried out in an autoclave that quartz mixed with calcium hydroxide in CaO/$SiO_2$ ratio of 0.8-1.0 for 0.5-8 hour at saturated steam pressure of $180-200^{\circ}C$. The rate of reaction was given from the ratio of uncombined lime and quartz content to the total lime and quartz content. The rate of reaction was obtained the results by the Jander's equation $[1-(1-\alpha)^{1/3}]^N=Kt$. The reaction of lime is controlled mainly by the dissolution such as N=1, and the reaction of quartz is controlled mostly by the diffusion such as $N\risingdotseq2$. The rate of hydrothermal reaction in the calcium silicate hydrates system is suggested to be determined generally by the mass transfer through the product laver formed around the reactant particles. The rate equation for whole hydrothermal reaction is shown that it is converted into the rate determining step by the diffusion from the boundary reaction such as approximately $N=1-2$.
Diffusion is a crucial mechanism that regulates the migration of radioactive nuclides. In this study, an innovative numerical method was developed to simultaneously calculate the diffusion coefficient of both parent and, afterward, series daughter nuclides in a sequentially reactive through-diffusion model. Two constructed scenarios, a serial reaction (RN_1 ${\rightarrow}$ RN_2 ${\rightarrow}$ RN_3) and a parallel reaction (RN_1 ${\rightarrow}$ RN_2A + RN_2B), were proposed and calculated for verification. First, the accuracy of the proposed three-member reaction equations was validated using several default numerical experiments. Second, by applying the validated numerical experimental concentration variation data, the as-determined diffusion coefficient of the product nuclide was observed to be identical to the default data. The results demonstrate the validity of the proposed method. The significance of the proposed numerical method will be particularly powerful in determining the diffusion coefficients of systems with extremely thin specimens, long periods of diffusion time, and parent nuclides with fast decay constants.
Consider a specific class of scalar-valued reaction diffusion equations of the form $$ (1.1) u_t = \nu\Delta u + f(u), u \in R $$ where $\nu$ < 0 is viscosity parameter and $f : R \to R$ is sufficiently smooth.
In this study, the non-standard finite difference method for the numerical solution of singularly perturbed parabolic reaction-diffusion subject to Robin boundary conditions has presented. To discretize temporal and spatial variables, we use the implicit Euler and non-standard finite difference method on a uniform mesh, respectively. We proved that the proposed scheme shows uniform convergence in time with first-order and in space with second-order irrespective of the perturbation parameter. We compute three numerical examples to confirm the theoretical findings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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