Godzenie mało- i wielkoskalowych zachowań przepływowych
W miarę pogłębiania się wiedzy na temat mikroskopowego lub małoskalowego zachowania systemów, czy to poprzez ulepszone techniki obserwacyjne, czy teoretyczne opisy zachowania się materii, coraz ważniejsze staje się pogodzenie tego typu zachowania z większymi opisami makroskopowymi. Algorytmy upscalingu dla potrzeb problemów multiskalowych spełniają tę potrzebę na wielu polach i są czynnym obszarem fizyki obliczeniowej zajmującej się problemami przepływów w odkształcalnych materiałach porowatych. Europejscy naukowcy wspierani w ramach projektu "Solidne liczbowe upscalingu podnoszenie standardu zjawiska multifizyki w odkształcalnych materiałach porowatych" (Iterupscale-FSI) skupili się na opracowaniu solidnych algorytmów na rzecz ogólnego modelu poroelastycznego opartego na małoskalowej nieliniowej interakcji płyn-struktura (FSI). Dodatkowo, naukowcy zajęli się rozszerzeniem opisu przypadku nieodróżnialnych skal. Nieodróżnialne skale dotyczące przepływu w elastycznych lub odkształcalnych materiałach mają zastosowanie w szeregu różnych systemów i procesów, łącznie z tymi zachodzącymi w ludzkiej tkance kostnej, separacją ciał stałych/cieczy w filtracji przemysłowej, sekwestracją węgla i gospodarką ściekową. Badacze opracowali dwa różne i nowoczesne wielkoskalowe algorytmy metod o skończonej liczbie elementów (MsFEM) do rozwiązywania wielkoskalowych problemów FSI. Algorytmy te połączyły metodę homogenizacji iteracyjnej (upscaling na rzecz produkcji homogenicznych informacji w zakresie grubej skali z drobnych informacji heterogenicznych) z makroskopową nieliniową konserwacją równań dotyczących masy i pędu. Równania makroskopowe nie zostały jasno określone, ale oszacowane przez algorytm iteracyjny (tzw. upscaling). Algorytmy zostały z powodzeniem wykorzystane w przetwarzaniu opartych na vokselach danych i rekonstrukcji interfejsu ciecz-ciało stałe złożonych obrazów trójosiowej tomografii komputerowej (CAT) ludzkiej kości udowej. Dodatkowo, naukowcy rozszerzyli strukturę, aby objąć problemy przepływu w materiale z regionami porowatymi i tymi o swobodnym przepływie, jak również opracować małoskalowy pakiet programów do rozwiązywania problemów dla potrzeb symulacji dyfuzji w akumulatorach mających zastosowanie w ogniwach paliwowych i innych urządzeniach multifunkcjonalnych. Wyniki projektu Iterupscale-FSI mają szerokie zastosowanie w problemach rozwijającej się dziedziny multifizyki związanych z przepływem w odkształcalnych materiałach porowatych, przy potencjalnym wpływie na biomedycynę, energię i naukę o środowisku. Dalsze badania skupiające się na odpowiedzi hydromechanicznej ludzkiej tkanki kostnej powinny rozszerzyć zasięg wcześniejszych badań i zostać powszechnie przyjęte zarówno przez społeczności akademickie, jak i branżę przemysłową.
