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A Coupled Finite Element Framework for Multi-Physics Environmental Flows

Projektbeschreibung

Verbesserte Modellierung von Umweltströmen unter Verwendung eines gekoppelten Finite-Elemente-Rahmens

Der zunehmende Druck auf die Wasserressourcen bedroht die Wassersicherheit und die aquatischen Ökosysteme. Ökologische Ströme bilden ein relativ neues Konzept, das sich auf die Zuweisung von Wasser zum wirtschaftlichen Nutzen und zur Nachhaltigkeit konzentriert, wobei der Schwerpunkt auf Land- und Flussläufen liegt. Bei vielen Annäherungen an die multiphysikalischen Prozesse werden zwei oder mehr Modelle verwendet, die die Prozesse getrennt behandeln. Zuletzt haben monolithisch gekoppelte Methoden, bei denen alle Modelle gleichzeitig approximiert werden, an Aufmerksamkeit gewonnen. Mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen wird das Projekt HYDROCOUPLE diese Methoden auf ökologische Strömungsprobleme ausweiten und ein Finite-Elemente-Rahmenwerk für deren numerische Annäherung entwerfen, das auch auf die Hochwasservorhersage und die Planung der Wasserkraftproduktion anwendbar ist. Seine Effizienz und Genauigkeit wird den Endnutzenden in der Industrie und bei Behörden demonstriert.

Ziel

HYDROCOUPLE proposes to develop (1) a new coupled finite element (FE) method for environmental flows, (2) goal-oriented adaptive mesh refinement strategies, and (3) to apply the new techniques to physical watersheds for verification of its capabilities as well as to demonstrate these. The project is a collaboration between three researchers, the applicant Eirik Valseth (currently at The University of Texas at Austin), Prof. Kent-Andre Mardal (The University of Oslo) and Prof. Ethan Kubatko (The Ohio State University). Many current approximation techniques for multiphysics phenomena, where two or more models (partial differential equations) govern the physics, focuses on the approximation of these as separate phenomena and prescribe appropriate interface conditions to exchange information between the models. Recent attention has been given to monolithically coupled methods (Kuchta et al. 2021), where all models are approximated simultaneously thanks to careful algorithm design and numerical analysis. HYDROCOUPLE will extend the theory of these monolithic coupling schemes to environmental flow problems and develop a FE framework for their corresponding numerical approximation. This developed framework can subsequently be applied in flood prediction and hydropower production planning as the models in environmental flows govern both overland and riverine flows which are critical in both applications. HYDROCOUPLE will also develop mesh-adaptive refinement techniques based on goal-oriented error estimation to ensure the high fidelity of its numerical approximations. Finally, the proposed framework will be verified against available data for existing watersheds to demonstrate its efficiency and accuracy to end users in industry and government. Working in the Section of Mechanics at the Department of Mathematics with a world renowned scientist will provide a perfect setting to integrate my knowledge and start my research career in Europe.

Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)

Schlüsselbegriffe

Programm/Programme

Thema/Themen

Finanzierungsplan

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Aufforderung zur Vorschlagseinreichung

(öffnet in neuem Fenster) HORIZON-MSCA-2021-PF-01

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Koordinator

UNIVERSITETET I OSLO
Netto-EU-Beitrag
€ 226 751,04
Adresse
PROBLEMVEIEN 5-7
0313 Oslo
Norwegen
Region
Norge Oslo og Viken Oslo
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
Links
Gesamtkosten
Keine Daten

Partner (1)