Conciliazione dei comportamenti su piccola scala e su larga scala dei flussi Alcuni ricercatori finanziati dall'UE hanno sviluppato in modo efficace algoritmi numerici avanzati in grado di conciliare il comportamento su piccola scala e su larga scala dei flussi in mezzi porosi. I risultati del progetto potrebbero suscitare un interesse diffuso da parte di settori diversificati, come ad esempio la biomedicina e l'energia rinnovabile. Energia © Thinkstock Con l'affinamento delle conoscenze sui comportamenti microscopici o su piccola scala dei sistemi, mediante tecniche di osservazione avanzate o descrizioni teoriche del comportamento della materia, la conciliazione di tali comportamenti con le più vaste descrizioni microscopiche diventa ancora più cruciale. Gli algoritmi di upscaling per i problemi multiscala consentono di soddisfare tale esigenza in numerosi campi e rappresentano al contempo un'area attiva della fisica computazionale quanto ai problemi relativi ai flussi in mezzi porosi deformabili. Alcuni ricercatori europei sostenuti dal progetto Iterupscale-FSI ("Robust numerical upscaling of multiphysics phenomena in deformable porous media") hanno tentato di creare solidi algoritmi per un modello poroelastico generale basato su interazioni fluido-struttura (FSI) non lineari su piccola scala. Inoltre, gli scienziati hanno tentato di estendere la descrizione al caso delle scale indistinguibili. Le scale indistinguibili concernenti il flusso in mezzi elastici o deformabili sono rilevanti per numerosi sistemi e processi diversificati, tra cui il tessuto osseo umano, la separazione solido/liquido nella filtrazione industriale, il sequestro di carbonio e la gestione delle acque reflue. I ricercatori hanno sviluppato due diversi algoritmi innovativi per la modellazione agli elementi finiti multiscala (MsFEM) per problemi di FSI multiscala. Gli algoritmi si basavano su una combinazione tra un metodo di omogeneizzazione iterativa (dimensionamento in scala per la produzione di informazioni omogenee di scala approssimativa a partire da precise informazioni eterogenee) e la conservazione macroscopica non lineare di equazioni di massa e di moto. Le equazioni macroscopiche non sono state dichiarate in modo esplicito ma in modo approssimativo mediante un algoritmo iterativo (upscaling). Gli algoritmi sono stati utilizzati in modo efficace nell'elaborazione di dati voxel e nella ricostruzione dell'interfaccia fluido-solido di immagini complesse di tomografia assiale computerizzata (TAC) del femore umano. Inoltre, gli scienziati hanno ampliato la struttura allo scopo di includere i problemi dei flussi in mezzi con aree porose e libere, nonché di sviluppare un solutore di problemi su piccola scala per le simulazioni di diffusioni nelle batterie relative alle celle a combustibile e ad altri dispositivi multifunzionali. I risultati del progetto Iterupscale-FSI sono ampiamente applicabili al settore in espansione dei problemi della multifisica correlati al flusso in mezzi porosi deformabili, con un impatto potenziale sulla biomedicina, sull'energia e sulla scienza ambientale. La ricerca ininterrotta incentrata sulla risposta idromeccanica del tessuto osseo umano dovrebbe ampliare il lavoro precedente ed essere accettata di buon gusto dalle comunità accademiche e industriali.
