Doctor of physico-mathematical sciences, Associate professor
доктор физико-математических наук, доцент
A nonlinear two-dimensional orthotropic filtration equation with the Riemann–Liouville time-fractional derivative is considered. It is proved that this equation can admits only linear autonomous groups of point transformations. The Lie point symmetry group classification problem for the equation in question is solved with respect to coefficients of piezoconductivity. These coefficients are assumed to be functions of the square of the pressure gradient absolute value. It is proved that if the order of fractional differentiation is less than one then the considered equation with arbitrary coefficients admits a four-parameter group of point transformations in orthotropic case, and a five-parameter group in isotropic case. For the power-law piezoconductivity, the group admitted by the equation is five-parametric in orthotropic case, and six-parametric in isotropic case. Also, a special case of power function of piezoconductivity is determined for which there is an additional extension of admitted groups by the projective transformation. There is no an analogue of this case for the integer-order filtration equation. It is also shown that if the order of fractional differentiation $\alpha \in (1,2)$ then dimensions of admitted groups are incremented by one for all cases since an additional translation symmetry exists. This symmetry is corresponded to an additional particular solution of the fractional filtration equation under consideration. Using the group classification results for orthotropic case, the representations of group-invariant solutions are obtained for two-dimensional subalgebras from optimal systems of symmetry subalgebras. Examples of reduced equations obtained by the symmetry reduction technique are given, and some exact solutions of these equations are presented. It is proved that the considered time-fractional filtration equation is nonlinearly self-adjoint and therefore the corresponding conservation laws can be constructed. The components of obtained conserved vectors are given in an explicit form.
Рассматривается нелинейное двумерное ортотропное уравнение фильтрации с дробной производной Римана–Лиувилля по времени. Доказывается, что такое уравнение может допускать группы точечных преобразований только линейно-автономного типа. Решается задача групповой классификации рассматриваемого уравнения по его точечным симметриям относительно коэффициентов пьезопроводности, являющихся функциями квадрата модуля градиента давления. Доказывается, что если порядок дробного дифференцирования меньше единицы, основная допускаемая уравнением группа точечных преобразований является четырехпараметрической и расширяется до пятипараметрической в изотропном случае. Для степенных зависимостей коэффициентов пьезопроводности допускаемая группа становится пятипараметрической в ортотропном случае и шестипараметрической в изотропном случае. Также выделяется специальный вид степенной зависимости коэффициентов, не имеющий аналога в случае классического уравнения фильтрации, при котором происходит дополнительное расширение группы оператором проективного преобразования. Для уравнения с порядком дробного дифференцирования $\alpha \in (1,2)$ размерности всех допускаемых групп оказываются на единицу больше за счет допускаемого оператора, соответствующего сдвигу решения на дополнительное частное решение этого уравнения.На основе проведенной групповой классификации для соответствующих алгебр Ли инфинитезимальных операторов групп точечных преобразований, допускаемых различными видами рассматриваемого нелинейного ортотропного дробно-дифференциального уравнения, выписываются представления инвариантно-групповых решений, соответствующие оптимальным системам двумерных подалгебр. Приводятся примеры уравнений, получающихся в результате симметрийной редукции исходного дробно-дифференциального уравнения, а также некоторые их решения. Доказывается, что рассматриваемое дробно-дифференциальное уравнение фильтрации является нелинейно самосопряженным, что дает возможность строить его законы сохранения. Соответствующие компоненты всех найденных сохраняющихся векторов приводятся в явном виде.