Homogenization and multi-scale computational modelling of flow and nonlinear interactions in porous smart structures
Project goals
The project deals with homogenization and computational methods for multiscale modelling of porous fluid saturated deformable media influenced by nonlinearity due to inner contact in pores, large deformation, fluids convection, including electrodiffusion interactions of ionized fluids with deforming porous structure. A methodology of mathematical modeling will be developed for virtual design of microfluidic systems presented as smart porous media, where the fluid transport is controlled by deformation and electric field due distributed piezoactuators. To reduce computational complexity of numerical simulations involving two-scale nonlinear models, methods based on sensitivity analysis, fundamental results of the homogenization and the isogeometric analysis for solving the microscopic level problems will be developed. Methods for identification of selected constitutive parameters involved in micromodels will also be developed. The derived models of homogenized media will be verified by comparing the results with direct numerical simulations on periodic structures.
Keywords
porous mediumhomogenizationcontact problemsisogeometric analysisparameter identificationsensitivity analysisnonlinear modelssmart structuresmicrofluidics
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
Standard projects
Call for proposals
Standardní projekty 20 (SGA0201600001)
Main participants
Ústav termomechaniky AV ČR, v. v. i.
Západočeská univerzita v Plzni / Fakulta aplikovaných vědContest type
VS - Public tender
Contract ID
16-03823S
Alternative language
Project name in Czech
Homogenizace a víceškálové počítačové modelování proudění a nelineárních interakcí v porézních inteligentních prostředích
Annotation in Czech
Projekt se zabývá homogenizací a výpočetními metodami pro víceškálové modelování porézních deformovatelných kontinuí nasycených tekutinou s vlivem nelinearit způsobených vnitřním kontaktem v pórech, velkými deformacemi, konvekcí tekutin včetně elektrodifúzních interakcí ionizovaných tekutin s deformující se porézní strukturou. Bude vytvořena metodika matematického modelování pro virtuální vývoj periodických mikrofluidních systémů ve formě inteligentních porézních médií, kde transport tekutin je řízen deformací a elektrickým polem pomocí distribuovaných piezoaktuátorů. Pro numerické simulace s dvouškálovými nelineárními modely budou vyvíjeny metody redukce výpočetní náročnosti využívající citlivostní analýzu, fundamentální výsledky homogenizace a isogeometrickou analýzu pro úlohy na úrovni mikrostruktury. Budou rovněž vyvíjeny metody identifikace některých konstitutivních parametrů mikromodelů. Odvozené modely homogenizovaných prostředí budou verifikovány porovnáním výsledků s přímými simulacemi na periodických strukturách.
Scientific branches
R&D category
ZV - Basic research
CEP classification - main branch
BK - Liquid mechanics
CEP - secondary branch
JJ - Other materials
CEP - another secondary branch
JR - Other machinery industry
10305 - Fluids and plasma physics (including surface physics)
20301 - Mechanical engineering
20502 - Paper and wood
20503 - Textiles; including synthetic dyes, colours, fibres (nanoscale materials to be 2.10; biomaterials to be 2.9)
21001 - Nano-materials (production and properties)
21002 - Nano-processes (applications on nano-scale); (biomaterials to be 2.9)
Completed project evaluation
Provider evaluation
U - Uspěl podle zadání (s publikovanými či patentovanými výsledky atd.)
Project results evaluation
Project was focused on multiscale modelling of fluid transport in nonlinear media with electrodiffusion interactions. New models for modelling fluid saturated porous media with hierarchical structure of pores and homogenized porous piezoelectric materials saturated by electrically inert fluid were developed. Goals were fulfilled, and results were published in impacted journals.
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2016
Realization period - end
Dec 31, 2018
Project status
U - Finished project
Latest support payment
May 25, 2018
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP19-GA0-GA-U/01:1
Data delivery date
Jun 12, 2019
Finance
Total approved costs
4,470 thou. CZK
Public financial support
3,807 thou. CZK
Other public sources
703 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Basic information
Recognised costs
4 470 CZK thou.
Public support
3 807 CZK thou.
85%
Provider
Czech Science Foundation
CEP
BK - Liquid mechanics
Solution period
01. 01. 2016 - 31. 12. 2018