Geometric multiscale thermodynamics of complex fluids
Project goals
Irreversibility is ubiquitous in dynamics of macroscopic physical systems. On the other hand, such systems can be considered as composed of a large number of particles, dynamics of which is purely reversible and Hamiltonian. How does the irreversibility emerge out of the reversible dynamics of the particles? Generally, how to reduce complex dynamical systems to less detailed descriptions? Our objective is to create a versatile geometric reduction method applicable in continuum mechanics and thermodynamics. The method will: (i) approximate optimally, minimizing the lack-of-fit between solutions of the reduced and detailed dynamics (ii) preserve the geometric structure of the detailed dynamics (iii) contain no fitting parameters (iv) lead to irreversible dynamics even when starting from purely reversible (emergence of the second law of thermodynamics). The method will be then applied in flows of superfluid helium-4, reducing them to a numerically simpler system and showing when helium-4 behaves as a Newtonian fluid. Finally, the method will enhance deep learning model recognition.
Keywords
non-equilibrium thermodynamicscontinuum mechanicssuperfluidsmachine learning
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
Standard projects
Call for proposals
SGA0202300001
Main participants
Univerzita Karlova / Matematicko-fyzikální fakulta
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
23-05736S
Alternative language
Project name in Czech
Geometrická multiškálová termodynamika komplexních tekutin
Annotation in Czech
Nevratnost je v dynamice makroskοpických fyzikálních systémů všudypřítomná. Na druhou stranu můžeme uvažovat, že se tyto systémy skládají z obrovského počtu částic, jejichž dynamika je vratná a hamiltonovská. Jak ovšem tedy vzniká nevratnost makroskopických systémů z čistě vratné dynamiky částic? A jak obecně redukovat složité dynamické systémy na méně detailní? Naším cílem je vytvořit obecnou geometrickou metodu redukce aplikovatelnou v mechanice a termodynamice kontinua. Tato metoda bude: (i) optimálně aproximovat, minimalizujíc nesoulad (lack-of-fit) mezi řešeními redukované a detailní dynamiky (ii) zachovávat geometrickou strukturu detailní dynamiky (iii) bez fitovacích parametrů (iv) získávat nevratnou dynamiku, a to i při redukování čistě vratné dynamiky (vznik druhého zákona termodynamiky). Metoda pak bude aplikována na proudění supratekutého helia-4, které zredukuje na numericky jednodušší systém, a ukáže, kdy se helium-4 chová jako newtonovská kapalina. Nakonec metoda vylepší rozpoznávání fyzikálních modelů pomocí hlubokého učení.
Scientific branches
R&D category
ZV - Basic research
OECD FORD - main branch
20303 - Thermodynamics
OECD FORD - secondary branch
10102 - Applied mathematics
OECD FORD - another secondary branch
10302 - Condensed matter physics (including formerly solid state physics, supercond.)
BD - Information theory
BJ - Thermodynamics
BM - Solid-state physics and magnetism
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2023
Realization period - end
Dec 31, 2025
Project status
K - Ending multi-year project
Latest support payment
Feb 29, 2024
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP25-GA0-GA-R
Data delivery date
Feb 21, 2025
Finance
Total approved costs
9,198 thou. CZK
Public financial support
9,198 thou. CZK
Other public sources
0 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Basic information
Recognised costs
9 198 CZK thou.
Public support
9 198 CZK thou.
100%
Provider
Czech Science Foundation
OECD FORD
Thermodynamics
Solution period
01. 01. 2023 - 31. 12. 2025