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PROGRAMMA DI RICERCA 2004
italiano - english
Unità di Ricerca
Programmi di ricerca simili:
- 1 - Sviluppo ed analisi di modelli matematici e di metodi numerici per equazioni alle derivate parziali per le applicazioni a problemi ambientali ed industriali
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- 3 - Metodi numerici per sistemi evolutivi di equazioni differenziali funzionali ordinarie ed alle derivate parziali
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- 10 - Metodi numerici avanzati per equazioni alle derivate parziali di interesse applicativo
Classificazione scientifico-disciplinare
- Area scientifico disciplinare: Scienze matematiche e informatiche
- Area scientifico disciplinare: Ingegneria civile e Architettura
Classificazione brevettuale
- FIXED CONSTRUCTIONS
- EARTH DRILLING; MINING
- EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING (mining, quarrying E21C; making shafts, driving galleries or tunnels E21D); OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- EARTH DRILLING; MINING
- PHYSICS
- EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS (devices for psychotechnics or for testing reaction times A61B5/16; games, sports, amusements A63; projectors, projector screens G03B)
- MEASURING (counting G06M); TESTING
- GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS (detecting or locating foreign bodies for diagnostic, surgical or person-identification purposes A61B; means for indicating the location of accidentally buried, e.g. snow-buried persons A63B29/02; investigating or analysing earth materials by determining their chemical or physical properties G01N; measuring electric or magnetic variables in general, other than direction or magnitude of the earth\'s field G01R; electronic or nuclear magnetic resonance arrangements G01R33/20; radar, sonar or analogous methods in general, detecting masses or objects involving these methods G01S)
- EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
Classificazione geografica
- Regione: Trentino Alto Adige
Bibliografia
Arbogast T, Cowsar L C, Wheeler M F and Yotov I (2000). Mixed finite element methods on non-matching multiblock grids, SIAM J. Numer. Anal. 37, 1295-1315, 2000.Biot M A (1941). General theory of three-dimensional consolidation, J. App. Phys., 12: 155-164, 1941.
Bellavia S (1998). An inexact interior point method. J. Opt. Theory Appl., Vol. 96, No 1, 1998.
Bellavia S and Macconi M (1999). An inexact interior point method for monotone NCP. Optimization Methods and Software, Special Issue on Interior Point Methods, Vol. 11&12, pp. 211-241 , 1999.
Bellavia S, Macconi M and Morini B (2002). Numerical solution of bound-constrained nonlinear systems in chemical engineering, Recent Advances in Computational Science & Engineering, Imperial College Press, Proceedings of the Conference "International Conference on Scientific & Engineering Computation", Singapore, 2002.
Bellavia S, Macconi M and Morini B (2003). An affine scaling trust-region approach to bound-constrained nonlinear systems, Journal Applied Numerical Mathematics, 44, pp. 257-280, 2003.
Chan R H, Bai Z J and Morini B (2003). On the convergence rate of the Cayley-Transform method for inverse eigenvalue and inverse singular value problems, Int. J. Appl. Math., 2003.
Casulli V and Cheng R T (1992). Semi-implicit Finite Difference Methods for the Three-Dimensional Shallow Water Flow. International Journal for Numerical Methods in Fluids, Vol. 15, pp 629-648, 1992.
Casulli V (1997). Numerical Simulation of Three-Dimensional Free Surface Flow in Isopycnal Coordinates. International Journal for Numerical Methods in Fluids, Vol. 25, pp. 645-658, 1997.
Casulli V and Walters R A (2000). An Unstructured Grid, Three-Dimensional Model based on the Shallow Water Equations. International Journal for Numerical Methods in Fluids, Vol. 3, pp. 331-348, 2000.
Casulli V and Zanolli P (2002). Semi-Implicit Numerical Modelling of Non-Hydrostatic Free-Surface Flows for Environmental Problems. Mathematical and Computer Modelling, Vol. 39, pp. 1131-1149, 2002.
Comerlati A, Gambolati G, Putti M and Teatini P (2002). A preliminary numerical model of CO2 sequestration in a normally consolidated sedimentary basin, XIV Int. Conf. Comp. Meth. Water Res., S. M. Hassanizadeh et al. Eds., Elsevier, 1, 216--223, 2002.
Cordes C and Putti M (2001). Accuracy of Galerkin finite flements for the groundwater flow equation in two and three dimensional triangulations. Int. J. Num. Meth. Eng., 52, 371-387, 2001.
Dennis J E and Schnabel R B (1983). Numerical methods for unconstrained optimisation and non-linear equations. Prentice-Hall Inc. 1983.
Ferris M C and Pang J S (1997). Engineering and economic applications of complementarity problems. SIAM Rev., Vol. 39, No. 4, 1997.
Forsyth P A (1991). A control volume finite element approach to NAPL groundwater contamination, SIAM J. Sci. Comp., 12, 1029-1057, 1991.
Freund R M and Mizuno S (1996). Interior point methods: current state and future directions. Optima, Vol. 51, pp. 1-9, 1996.
Gambolati G, Pini G and Ferronato M (2001). Numerical performance of projection methods in finite element consolidation models. Int. J. Num. Anal. Meth. Geomech., 25, 1429-1447, 2001.
Gambolati G, Pini G and Ferronato M (2002). Direct, partitioned and projected solution to finite element consolidation models. Int. J. Num. Anal. Meth. Geomech. 26, 1371-1383, 2002.
Gambolati G, Pini G and Ferronato M (2003). Scaling improves stability of preconditioned CG-like solvers for FE consolidation equations, Int. J. Num. Anal. Meth. Geomech., 27, 1043-1056, 2003.
Gasparo M G, Papini A and Pasquali A (2001). Nonmonotone algorithms for pattern search methods. Numerical Algorithms 28, 171-186, 2001.
Gasparo M G and Morini B (2000). Inexact methods: forcing terms and conditioning. J. Opt. Theory Appl. Vol.107, 2000.
Godunov S K (1959). A finite difference method for the computation of discontinuous solutions of the equations of fluid dynamics. Mat. Sb. Vol. 47, pp 357-393, 1959.
Harten A, Engquist B, Osher, S and Chakravarthy S R (1987). Uniformly high order accuracy essentially non-oscillatory schemes III. Journal of Computational Physics, Vol. 71, pp 231-303, 1987.
Kelley C T (1995). Iterative methods for linear and nonlinear equations. SIAM Publications, 1995.
Kamzov C (2001a). Strictly feasible equatio-based methods for mixed complementarity problems. Numer. Mat. , Vo. 89, pp 135-160, 2001.
Kamzov C (2001b). An active set-type Newton method for constrained non-linear systems. Ferrris M C, Mangasarian O L, Pang J S (Editors). Complementarity: Applications, Algoriths and Extensions. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, pp 179-200, 2001.
Lax P (1957). Duke Math. Vol. 24, p 627.
Mazzia A and Putti M (2004). Behavior of the Mixed Hybrid Finite Element for the solution of diffusion equations on unstructured triangulations. XV Int. Conf. on Comput. Methods in Water Resour. 2004.
Morini B (1999). Convergence behaviour of Inexact Newton methods. Mathematics of Computations, Vol.68, 1999,
Morini B and Macconi M (1999). Inexact methods in the numerical solution of stiff initial value problems. Computing, Vol. 63, 1999.
Nocedal L J and Wright S J (1999). Numerical Optimization. Springer Verlag, N.Y., 1999.
Pieraccini S, Gasparo M G and Pasquali A (2003). Global Newton-type methods and semismooth reformulations for NCP. Applied Numer. Math. 44, 367-384, 2003.
Potra F A and Wright S G (2000) . Interior point methods. J. Comput. Appl. Math. Vol.124, 2000.
Putti M and Cordes C (1998). Finite element approximation of the diffusion operator on tetrahedra, SIAM J. Sci. Comp., 19, 1154-1168, 1998.
Romenski E I and Toro E F (2003). Shock Waves in Compressible Two-Phase Flows. Isaac Newton Institute for Mathematical Sciences Preprint Series NI03026-NPA, University of Cambridge, UK, May 2003.
Rudnicki J W and Wawersik W R (1999). Report looks at sequestering CO2, EOS,80, 607-608, 1999.
Schwartzkopff T, Munz C D and Toro E F (2002). ADER: High-Order Approach for Linear Hyperbolic Systems in 2D. Journal of Scientific Computing, Vol. 17, Nos 1-4, pp 231-240, 2002.
Stewart H B and Wendroff B (1984). Two-Phase Flow: Models and Methods (Review Article). J. Comput. Physics, Vol. 56, pp 363-409, 1984.
Sukumar N (2003): Voronoi cell finite difference method for the diffusion operator on arbitrary unstructured grids, Int. J. Numer. Meth. Eng., 57, 1-34, 2003.
Titarev V A and Toro E F (2002). ADER: Arbitrary High Order Godunov Approach. Journal of Scientific Computing, Vol. 17, Nos 1-4, pp 609-618, 2002.
Titarev V A and Toro E F (2003). High order ADER schemes for scalar advection-diffusion-reaction equations. J Computational Fluid Dynamics pp 1-6, Vol. 12, No 1, April 2003.
Toro E F (1999). Riemann Solvers and Numerical Methods for Fluid Dynamics. Springer-Verlag. Second Edition, June 1999, 624 pages.
Toro E F (2001). Shock-Capturing Methods for Free-Surface Shallow Flows. Wiley and Sons Ltd, 309 pages, 2001.
Toro E F, Millington R C and Nejad L A M (2001) . Towards Very High-Order Godunov Schemes. In Godunov Methods: Theory and Applications, Edited Review, Toro E F (Editor), Kluwer Academic / Plenum Publishers, pp 905-938, 2001.
Toro E F and V A Titarev (2002). Solution of the Generalised Riemann Problem for Advection-Reaction Equations. Proc. Royal Society of London A Vol. 458, pp 271-281, 2002.
E F Toro (2004). MUSTA: A Multi-Stage Numerical Flux. Isaac Newton Institute for Mathematical Sciences Preprint Series NI04008-NPA , University of Cambridge, UK, 21st March, 2004.
Wachter A and Biegler L T (2000). Failure of global convergence for a class of interior point methods for nonlinear programming. Math. Progr. Vol. 88, 2000.
Wheeler J A, Wheeler M F and Yotov I (2002). Enhanced mixed finite element methods for flow in multiblock domains. Comp. Geosc. 6, 315--332, 2002.
Ye Y (1997). Interior point algorithms theory and analysis. John Wiley&Sons. Inc., 1997.
Parole Chiave
FLUIDODINAMICA E GEOMECCANICA DI PROCESSI AMBIENTALI E SOTTERRANEI; FLUSSI MULTIFASE, MEZZI POROSI, ANISOTROPIA ED ETEROGENEITA'; EQUAZIONI A DERIVATE PARZIALI; METODI NUMERICI PER EQUAZIONI A DERIVATE PARZIALI; METODI AGLI ELEMENTI FINITI E VOLUMI FINITI; METODI SEMI-IMPLICITI, SEMI-LAGRANGIANI; METODI DI ORDINE ELEVATO: ADER E GALERKIN DISCONTINUO; SISTEMI LINEARI E NON-LINEARI DI GRANDI DIMENSIONI; METODI DI NEWTON-KRYLOVSviluppo di metodi numerici e algoritmi per applicazioni a problemi di fluidodinamica ambientale
Università degli Studi di TrentoAbstract
Il progetto riguarderà lo studio di modelli matematici per problemi fisico-chimici in fluidodinamica ambientale e geomeccanica costituiti da sistemi di equazioni differenziali non lineari alle derivate parziali su complicati domini multidimensionali e lo sviluppo di nuovi metodi numerici per la loro risoluzione. Ci occuperemo pertanto di due temi strettamente collegati: modelli matematici e metodi numerici.MODELLI MATEMATICI. Ci interessa lo studio di problemi superficiali e sotterranei di fluidodinamica ambientale legati allo studio di falde idriche, trasporto di soluto, deformazioni elastiche in mezzi porosi, iniezione/estrazione di fluidi (petrolio,gas,acqua) in formazioni geologiche sotterranee e flusso di miscele (roccia, terreno, acqua, fango, neve) a superficie libera e non.
Molti di questi fenomeni sono descritti da modelli matematici ben noti ma lo studio di problemi di natura multifase presenta ancora importanti problemi aperti che verranno affrontati utilizzando la nostra considerevole e comprovata esperienza.
In particolare, verranno proposti modelli matematici per problemi di natura multifase con due fondamentali proprietà: (i) in assenza di fenomeni dissipativi i sistemi sono iperbolici (quindi il p.v.i. è ben posto), (ii) i sistemi hanno una forma conservativa nota (quindi possono essere definite soluzioni deboli). La costruzione di metodi numerici moderni per la risoluzione di problemi multifase è uno dei >>>
Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Eleuterio TORO Università degli Studi di TRENTOObiettivo del Programma di Ricerca
Il progetto riguarderà lo studio di modelli matematici per la fluidodinamica ambientale e la geomeccanica. Tali modelli saranno descritti da sistemi di equazioni differenziali non lineari alle derivate parziali (PDE) tri-dimensionali su complicati domini. Per la risoluzione di questi problemi saranno sviluppati nuovi metodi numerici.In breve, il nostro scopo è quello di: (1) formulare e analizzare modelli matematici per problemi di fluidodinamica multi-fase nel contesto di problemi ambientali; (2) sviluppare nuovi metodi numerici per i risultanti sistemi PDE e per i sistemi non lineari (non differenziali) di grande dimensione che nascono dalla loro discretizzazione; (3) definire algoritmi applicabili alla risoluzione di problemi di reale interesse; (4) analizzare, implementare e dimostrare in modo sistematico la validità dei procedimenti numerici proposti; (5) divulgare i risultati ottenuti; (6) formare giovani ricercatori.
In particolare:
- intendiamo costruire modelli matematici di flusso multi-fase che abbiano significato fisico e tali che, in assenza di effetti dissipativi, i sistemi di PDE associati siano iperbolici e abbiano una forma conservativa nota.
- intendiamo migliorare i metodi numerici esistenti e formularne di nuovi per la risoluzione di PDE del tipo diffusione-trasporto-reazione. Gli schemi che vogliamo ottenere devono avere le attese proprietà di base di ogni metodo numerico per la risoluzione >>>
Risultati parziali attesi
Risultati attesi: fase 1:Costruzione di stati intercella di tipo MUSTA che siano validi per ogni systema iperbolico. Determinazione sistematica dei possibili stati candidati per le equazioni di Eulero per gas comprimibili che seguono una equazione di stato generica. Comunicazione dei risultati;
Metodo ADER per la soluzione delle equazioni delle acque basse in un dominio bidimensionale omogeneo (in assenza di termini di sorgente geometrica) su griglie regolari in geometrie Cartesiane. Estensione al caso di sorgenti geometriche dovute a variazioni di elevazione del fondale. Generalizzazione dei metodi a griglie non strutturate. Implementazione di schemi con ordine di accuratezza molto elevato (probabilmente di ordine 7 o maggiore) sia nello spazio che nel tempo. Valutazione sistematica dei metodi. Comunicazione dei risultati;
Analisi della struttura agli autovalori di modelli matematici esistenti per flussi multifase con fluidi comprimibili, come i modelli Drift Flux (DF), Saurel-Abgrall (SA), Baer e Nunziato (MN) e Romenski (RO). Sviluppo di metodi numerici di basso ordine per i modelli non conservativi studiati, come ad esempio il modello BM. Presentazione dei risultati;
Un metodo per l'accurata risoluzione di fronti bagnato/asciutto, partendo da un caso monodimensionale e successiva estensione al caso bidimensionale. Valutazione sistematica dei metodi sviluppati e confronto con gli approcci attuali allo stato >>>
Durata
24 mesiBase di partenza scientifica nazionale o internazionale
Questo progetto nazionale ha due obbiettivi strettamente connessi: modelli matematici e metodi numerici, entrambi rivolti ad applicazioni alla fluidodinamica ambientale, fenomeni sotterranei inclusi.MODELLI MATEMATICI. I processi di interesse in questo programma di ricerche sono quelli dell'idrodinamica ambientale con superficie libera e fenomeni sotterranei quali i flussi in mezzi porosi, trasporto di soluti, deformazioni elastiche in mezzi porosi, iniezione/estrazione in formazioni geologiche profonde (petrolio, gas, acqua) e flussi di misture (roccia, terra, acqua, fango, neve) con o senza superficie libera. Per la maggior parte dei fenomeni di nostro interesse i modelli matematici sono gia' stati sviluppati, l'esempio piu' semplice, il sistema non lineare delle equazioni evolutive di acque basse bidimensionali con termini sorgenti geometrici. Il nostro interesse si estende anche a processi complessi per i quali la formulazione e l'analisi di modelli matematici non e' ancora completa ed e' tutt'ora argomento di ricerca nazionale ed internazionale. Questo e' sicuramente il caso per processi inerenti fenomeni di natura multi fase.
I modelli matematici per flussi multi fase vengono formulati e usati da ormai molti anni in applicazioni ingegneristiche e tecnologiche, ma solo negli ultimi due decenni i matematici applicati [Stewart and Wendroff, 1984] si sono resi conto che questi modelli hanno due principali difetti. Innanzitutto e' stato >>>



