Conciliar los comportamientos de los flujos a diferentes escalas
A medida que van aumentando los conocimientos sobre el comportamiento de los sistemas a escala microscópica o reducida, ya sea a través de técnicas de observación perfeccionadas o de descripciones teóricas del comportamiento de la materia, resulta todavía más importante conciliar dichos comportamientos con las descripciones macroscópicas a mayor escala. Los algoritmos de incremento de escala o «upscaling» de los problemas multiescalares cubren esta necesidad en una gran variedad de campos y constituyen un área muy activa de la física computacional para los problemas multifísicos de flujos en medios porosos deformables. Un equipo de investigadores europeos reunidos en el proyecto Iterupscale-FSI («Incremento riguroso de la escala numérica de los fenómenos multifísicos en medios porosos deformables») se propuso crear algoritmos rigurosos para un modelo poroelástico general basados en la interacción fluido-estructura (FSI) a escala reducida y no lineal. Además, los científicos trataron de ampliar la descripción al caso de las escalas indistinguibles. Las escalas indistinguibles con respecto al flujo en medios elásticos o deformables son importantes para un buen número de diferentes sistemas y procesos que incluyen el tejido óseo humano, la separación sólido/líquido en la filtración industrial, la captura de carbono o la gestión de aguas residuales. Los investigadores desarrollaron dos algoritmos diferentes y novedosos del método de elementos finitos multiescala (MsFEM) para los problemas multiescalares de FSI. Los algoritmos combinaron un método iterativo de homogeneización (incremento de la escala para producir información homogénea a escala más gruesa partiendo de información heterogénea fina) con ecuaciones de conservación de masa y momento macroscópicas y no lineales. Las ecuaciones macroscópicas no se expresaron de modo explícito, sino por aproximación mediante un algoritmo iterativo de incremento de escala («upscaling»). Los algoritmos se utilizaron con éxito en el procesamiento de datos basados en vóxeles y en la reconstrucción de la interfaz líquido-sólido de las imágenes complejas de tomografía axial computarizada (TAC) del fémur humano.Los científicos ampliaron el marco para incluir también los problemas de flujo en medios con regiones tanto porosas como de flujo libre, además de desarrollar un programa de solución a escala fina para las simulaciones de difusión en las baterías correspondientes a las pilas de combustible y otros dispositivos multifuncionales. Los resultados de Iterupscale-FSI se pueden aplicar de diferentes maneras al campo cada vez mayor de los problemas multifísicos relacionados con el flujo en medios porosos deformables, con posibles repercusiones en sectores como la biomedicina, la energía o las ciencias ambientales. La investigación presente de los miembros del consorcio, centrada en la respuesta hidromecánica del tejido óseo humano, debería ampliar el trabajo anterior y gozar de una excelente acogida tanto por parte de la comunidad académica como del sector industrial.
