Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • 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
Adaptive time-stepping for surfactant-laden drops
KTH, Skolan för teknikvetenskap (SCI), Matematik (Inst.), Numerisk analys, NA. KTH, Skolan för teknikvetenskap (SCI), Centra, Linné Flow Center, FLOW. KTH, Centra, SeRC - Swedish e-Science Research Centre.
KTH, Skolan för teknikvetenskap (SCI), Matematik (Inst.), Numerisk analys, NA. KTH, Skolan för teknikvetenskap (SCI), Centra, Linné Flow Center, FLOW. KTH, Centra, SeRC - Swedish e-Science Research Centre.
KTH, Skolan för teknikvetenskap (SCI), Matematik (Inst.), Numerisk analys, NA. KTH, Skolan för teknikvetenskap (SCI), Centra, Linné Flow Center, FLOW. KTH, Centra, SeRC - Swedish e-Science Research Centre.
2017 (Engelska)Ingår i: Proceedings of the Eleventh UK Conference on Boundary Integral Methods (UKBIM 11) / [ed] Chappell, D.J., 2017Konferensbidrag, Publicerat paper (Refereegranskat)
Abstract [en]

An adaptive time-stepping scheme is presented aimed at computing the dynamics of surfactant-covered deforming droplets. This involves solving a coupled system, where one equation corresponds to the evolution of the drop interfaces and one to the surfactant concentration. The first is discretised in space using a boundary integral formulation which can be treated explicitly in time. The latter is a convection-diffusion equation solved with a spectral method and is advantageously solved with a semi-implicit method in time. The scheme is adaptive with respect to drop deformation as well as surfactant concentration and the adjustment of time-steps takes both errors into account. It is applied and demonstrated for simulation of the deformation of surfactant-covered droplets, but can easily be applied to any system of equations with similar structure. Tests are performed for both 2D and 3D formulations and the scheme is shown to meet set error tolerances in an efficient way.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
2017.
Nationell ämneskategori
Beräkningsmatematik
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:kth:diva-264368ISBN: 978-0-9931112-9-7 (tryckt)ISBN: 978-1-912253-00-5 (digital)OAI: oai:DiVA.org:kth-264368DiVA, id: diva2:1373105
Konferens
UKBIM11, 10-11 July 2017,Nottingham Trent University
Anmärkning

QC 20191129

Tillgänglig från: 2019-11-26 Skapad: 2019-11-26 Senast uppdaterad: 2019-11-29Bibliografiskt granskad
Ingår i avhandling
1. Boundary integral methods for fast and accurate simulation of droplets in two-dimensional Stokes flow
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Boundary integral methods for fast and accurate simulation of droplets in two-dimensional Stokes flow
2019 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

Accurate simulation of viscous fluid flows with deforming droplets creates a number of challenges. This thesis identifies these principal challenges and develops a numerical methodology to overcome them. Two-dimensional viscosity-dominated fluid flows are exclusively considered in this work. Such flows find many applications, for example, within the large and growing field of microfluidics; accurate numerical simulation is of paramount importance for understanding and exploiting them.

A boundary integral method is presented which enables the simulation of droplets and solids with a very high fidelity. The novelty of this method is in its ability to accurately handle close interactions of drops, and of drops and solid boundaries, including boundaries with sharp corners. The boundary integral method is coupled with a spectral method to solve a PDE for the time-dependent concentration of surfactants on each of the droplet interfaces. Surfactants are molecules that change the surface tension and are therefore highly influential in the types of flow problems which are considered herein.

A method’s usefulness is not dictated by accuracy alone. It is also necessary that the proposed method is computationally efficient. To this end, the spectral Ewald method has been adapted and applied. This yields solutions with computational cost O(N log N ), instead of O(N^2), for N source and target points.

Together, these innovations form a highly accurate, computationally efficient means of dealing with complex flow problems. A theoretical validation procedure has been developed which confirms the accuracy of the method.

Abstract [sv]

Att noggrant simulera viskösa flöden med deformerande droppar medför flera utmaningar. Denna avhandling identifierar de viktigaste utmaningarna och utvecklar numeriska metoder för att övervinna dem. Visköst dominerade tvådimensionella flöden studeras. Sådana flöden har många tillämpningar till exempel inom mikrofluidik och noggrann beräkning är av största vikt för att förstå och utnyttja dem.

En randintegralsmetod som möjliggör simulering av droppar och fasta ränder med en mycket hög noggrannhet presenteras. Metoden särskiljer sig från andra genom dess förmåga att hantera nära samspel mellan droppar och förekomst av hörn på de fasta ränderna. Randin- tegralsmetoden är kopplad till en spektral metod som möjliggör inkluderandet av surfaktanter i flödesproblemet. Surfaktanter är molekyler som förändrar ytspänningen och de är därför betydelsefulla för de typer av flödesproblem som beaktas här.

En metods användbarhet bestäms inte endast av dess noggrannhet. Det är också nödvändigt att den föreslagna metoden är effektiv. För detta ändamål har metoden spektral Ewald anpassats och tillämpats. Detta ger lösningar med beräkningskostnaden O(N log N ) istället för O(N^2), där N är antalet diskreta punkter i systemet.

Tillsammans utgör dessa innovationer ett mycket noggrant, be- räkningseffektivt sätt att hantera komplexa flödesproblem. Ett teoretiskt valideringsförfarande har utvecklats som bekräftar metodens noggrannhet.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2019. s. 49
Serie
TRITA-SCI-FOU ; 2019;50
Nationell ämneskategori
Beräkningsmatematik
Forskningsämne
Tillämpad matematik och beräkningsmatematik, Numerisk analys
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-264369 (URN)978-91-7873-355-2 (ISBN)
Disputation
2019-12-18, F3, Lindstedtsvägen 26, Stockholm, 10:00 (Engelska)
Opponent
Handledare
Forskningsfinansiär
Göran Gustafssons stiftelse för naturvetenskaplig och medicinsk forskning (KVA)
Tillgänglig från: 2019-11-27 Skapad: 2019-11-26 Senast uppdaterad: 2019-11-27Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

Fulltext saknas i DiVA

Övriga länkar

Published fulltext

Personposter BETA

Sorgentone, Chiara

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Pålsson, SaraSorgentone, ChiaraTornberg, Anna-Karin
Av organisationen
Numerisk analys, NALinné Flow Center, FLOWSeRC - Swedish e-Science Research Centre
Beräkningsmatematik

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar

isbn
urn-nbn

Altmetricpoäng

isbn
urn-nbn
Totalt: 17 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • 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