uu.seUppsala universitets publikationer
Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Computational Techniques for Coupled Flow-Transport Problems
Uppsala universitet, Teknisk-naturvetenskapliga vetenskapsområdet, Matematisk-datavetenskapliga sektionen, Institutionen för informationsteknologi, Avdelningen för teknisk databehandling. Uppsala universitet, Teknisk-naturvetenskapliga vetenskapsområdet, Matematisk-datavetenskapliga sektionen, Institutionen för informationsteknologi, Numerisk analys.
2011 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

This thesis presents numerical techniques for solving problems of incompressible flow coupled to scalar transport equations using finite element discretizations in space. The two applications considered in this thesis are multi-phase flow, modeled by level set or phase field methods, and planetary mantle convection based on the Boussinesq approximation.

A systematic numerical study of approximation errors in evaluating the surface tension in finite element models for two-phase flow is presented. Forces constructed from a gradient in the same discrete function space as used for the pressure are shown to give the best performance. Moreover, two approaches for introducing contact line dynamics into level set methods are proposed. Firstly, a multiscale approach extracts a slip velocity from a micro simulation based on the phase field method and imposes it as a boundary condition in the macro model. This multiscale method is shown to provide an efficient model for the simulation of contact-line driven flow. The second approach combines a level set method based on a smoothed color function with a the phase field method in different parts of the domain. Away from contact lines, the additional information in phase field models is not necessary and it is disabled from the equations by a switch function. An in-depth convergence study is performed in order to quantify the benefits from this combination. Also, the resulting hybrid method is shown to satisfy an a priori energy estimate.

For the simulation of mantle convection, an implementation framework based on modern finite element and solver packages is presented. The framework is capable of running on today's large computing clusters with thousands of processors. All parts in the solution chain, from mesh adaptation over assembly to the solution of linear systems, are done in a fully distributed way. These tools are used for a parallel solver that combines higher order time and space discretizations. For treating the convection-dominated temperature equation, an advanced stabilization technique based on an artificial viscosity is used.

For more efficient evaluation of finite element operators in iterative methods, a matrix-free implementation built on cell-based quadrature is proposed. We obtain remarkable speedups over sparse matrix-vector products for many finite elements which are of practical interest. Our approach is particularly efficient for systems of differential equations.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Uppsala: Acta Universitatis Upsaliensis , 2011. , s. 61
Serie
Digital Comprehensive Summaries of Uppsala Dissertations from the Faculty of Science and Technology, ISSN 1651-6214 ; 885
Nyckelord [en]
Finite element method, saddle point systems, two-phase flow, level set method, phase field method, stabilization, contact line dynamics
Nationell ämneskategori
Beräkningsmatematik Programvaruteknik
Forskningsämne
Beräkningsvetenskap med inriktning mot numerisk analys
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:uu:diva-162215ISBN: 978-91-554-8232-9 (tryckt)OAI: oai:DiVA.org:uu-162215DiVA, id: diva2:459647
Disputation
2012-01-13, Room 2446, Polacksbacken, Lägerhyddsvägen 2D, Uppsala, 14:00 (Engelska)
Opponent
Handledare
Tillgänglig från: 2011-12-20 Skapad: 2011-11-27 Senast uppdaterad: 2018-01-12Bibliografiskt granskad
Delarbeten
1. Spurious currents in finite element based level set methods for two-phase flow
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Spurious currents in finite element based level set methods for two-phase flow
2012 (Engelska)Ingår i: International Journal for Numerical Methods in Fluids, ISSN 0271-2091, E-ISSN 1097-0363, Vol. 69, s. 1433-1456Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Nationell ämneskategori
Beräkningsmatematik Datavetenskap (datalogi)
Identifikatorer
urn:nbn:se:uu:diva-156454 (URN)10.1002/fld.2643 (DOI)000305450000001 ()
Projekt
eSSENCE
Tillgänglig från: 2011-07-19 Skapad: 2011-07-22 Senast uppdaterad: 2018-01-12Bibliografiskt granskad
2. Multiscale modeling of capillary-driven contact line dynamics
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Multiscale modeling of capillary-driven contact line dynamics
2011 (Engelska)Rapport (Övrigt vetenskapligt)
Serie
Technical report / Department of Information Technology, Uppsala University, ISSN 1404-3203 ; 2011-024
Nationell ämneskategori
Beräkningsmatematik Datavetenskap (datalogi)
Identifikatorer
urn:nbn:se:uu:diva-162211 (URN)
Tillgänglig från: 2011-11-27 Skapad: 2011-11-27 Senast uppdaterad: 2018-01-12Bibliografiskt granskad
3. A hybrid level-set-phase-field method for two-phase flow with contact lines
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>A hybrid level-set-phase-field method for two-phase flow with contact lines
2011 (Engelska)Rapport (Övrigt vetenskapligt)
Serie
Technical report / Department of Information Technology, Uppsala University, ISSN 1404-3203 ; 2011-026
Nationell ämneskategori
Beräkningsmatematik Datavetenskap (datalogi)
Identifikatorer
urn:nbn:se:uu:diva-162212 (URN)
Tillgänglig från: 2011-11-27 Skapad: 2011-11-27 Senast uppdaterad: 2018-01-12Bibliografiskt granskad
4. High accuracy mantle convection simulation through modern numerical methods
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>High accuracy mantle convection simulation through modern numerical methods
2012 (Engelska)Ingår i: Geophysical Journal International, ISSN 0956-540X, E-ISSN 1365-246X, Vol. 191, s. 12-29Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Nationell ämneskategori
Beräkningsmatematik Datavetenskap (datalogi)
Identifikatorer
urn:nbn:se:uu:diva-162213 (URN)10.1111/j.1365-246X.2012.05609.x (DOI)000308636800002 ()
Tillgänglig från: 2012-08-21 Skapad: 2011-11-27 Senast uppdaterad: 2018-01-12Bibliografiskt granskad
5. Algorithms and data structures for massively parallel generic adaptive finite element codes
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Algorithms and data structures for massively parallel generic adaptive finite element codes
2011 (Engelska)Ingår i: ACM Transactions on Mathematical Software, ISSN 0098-3500, E-ISSN 1557-7295, Vol. 38, nr 2, s. 14:1-28Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Nationell ämneskategori
Programvaruteknik Beräkningsmatematik
Identifikatorer
urn:nbn:se:uu:diva-161398 (URN)10.1145/2049673.2049678 (DOI)000298638200005 ()
Tillgänglig från: 2011-11-11 Skapad: 2011-11-11 Senast uppdaterad: 2018-01-12Bibliografiskt granskad
6. A generic interface for parallel cell-based finite element operator application
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>A generic interface for parallel cell-based finite element operator application
2011 (Engelska)Rapport (Övrigt vetenskapligt)
Serie
Technical report / Department of Information Technology, Uppsala University, ISSN 1404-3203 ; 2011-025
Nationell ämneskategori
Beräkningsmatematik Programvaruteknik
Identifikatorer
urn:nbn:se:uu:diva-162214 (URN)
Projekt
eSSENCE
Tillgänglig från: 2011-11-27 Skapad: 2011-11-27 Senast uppdaterad: 2018-01-12Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

fulltext(2087 kB)1720 nedladdningar
Filinformation
Filnamn FULLTEXT01.pdfFilstorlek 2087 kBChecksumma SHA-512
4e2d73b937d9fd72b9a0280d09a118ed816762990af623b858182c68a6a28712098b0d9a0df238c54014f7e40aa544a470534a4c07e11e41ee7cb0dc92d24930
Typ fulltextMimetyp application/pdf
Köp publikationen >>

Personposter BETA

Kronbichler, Martin

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Kronbichler, Martin
Av organisationen
Avdelningen för teknisk databehandlingNumerisk analys
BeräkningsmatematikProgramvaruteknik

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar
Totalt: 1725 nedladdningar
Antalet nedladdningar är summan av nedladdningar för alla fulltexter. Det kan inkludera t.ex tidigare versioner som nu inte längre är tillgängliga.

isbn
urn-nbn

Altmetricpoäng

isbn
urn-nbn
Totalt: 2414 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf