Accounting for adsorption and desorption in Lattice Boltzmann simulations

We report a Lattice-Boltzmann scheme that accounts for adsorption and desorption in the calculation of mesoscale dynamical properties of tracers in media of arbitrary complexity. Lattice Boltzmann simulations made it possible to solve numerically the coupled Navier-Stokes equations of fluid dynamics and Nernst-Planck equations of electrokinetics in complex, heterogeneous media. With the moment propagation scheme, it became possible to extract the effective diffusion and dispersion coefficients of tracers, or solutes, of any charge, e.g., in porous media. Nevertheless, the dynamical properties of tracers depend on the tracer-surface affinity, which is not purely electrostatic and also includes a species-specific contribution. In order to capture this important feature, we introduce specific adsorption and desorption processes in a lattice Boltzmann scheme through a modified moment propagation algorithm, in which tracers may adsorb and desorb from surfaces through kinetic reaction rates. The method is validated on exact results for pure diffusion and diffusion-advection in Poiseuille flows in a simple geometry. We finally illustrate the importance of taking such processes into account in the time-dependent diffusion coefficient in a more complex porous medium.

Chaotic dynamics of electric-field domains in periodically driven superlattices

Self-sustained time-dependent current oscillations under dc voltage bias have been observed in recent experiments on n-doped semiconductor superlattices with sequential resonant tunneling. The current oscillations are caused by the motion and recycling of the domain wall separating low- and high-electric-field regions of the superlattice, as the analysis of a discrete drift model shows and experimental evidence supports. Numerical simulation shows that different nonlinear dynamical regimes of the domain wall appear when an external microwave signal is superimposed on the dc bias and its driving frequency and driving amplitude vary. On the frequency-amplitude parameter plane, there are regions of entrainment and quasiperiodicity forming Arnold tongues. Chaos is demonstrated to appear at the boundaries of the tongues and in the regions where they overlap. Coexistence of up to four electric-field domains randomly nucleated in space is detected under ac+dc driving.

Desenvolupament de codis numèrics per a la resolució de fluxos turbulents en ordinadors paral·lels emprant discretitzacions tipus symmetry-preserving

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la University of Groningen, Holanda, entre 2007 i 2009. La simulació directa de la turbulència (DNS) és una eina clau dins de la mecànica de fluids computacional. Per una banda permet conèixer millor la física de la turbulència i per l'altra els resultats obtinguts són claus per el desenvolupament dels models de turbulència. No obstant, el DNS no és una tècnica vàlida per a la gran majoria d'aplicacions industrials degut al elevats costos computacionals. Per tant, és necessari cert grau de modelització de la turbulència. En aquest context, s'han introduïts importants millores basades en la modelització del terme convectiu (no lineal) emprant symmetry-preserving regularizations. En tracta de modificar adequadament el terme convectiu a fi de reduir la producció d'escales més i més petites (vortex-stretching) tot mantenint tots els invariants de les equacions originals. Fins ara, aquest models s'han emprat amb èxit per nombres de Rayleigh (Ra) relativament elevats. En aquest punt, disposar de resultats DNS per a configuracions més complexes i nombres de Ra més elevats és clau. En aquest contexte, s'han dut a terme simulacions DNS en el supercomputador MareNostrum d'una Differentially Heated Cavity amb Ra=1e11 i Pr=0.71 durant el primer any dels dos que consta el projecte. A més a més, s'ha adaptat el codi a fi de poder simular el fluxe al voltant d'un cub sobre una pared amb Re=10000. Aquestes simulacions DNS són les més grans fetes fins ara per aquestes configuracions i la seva correcta modelització és un gran repte degut la complexitat dels fluxes. Aquestes noves simulacions DNS estan aportant nous coneixements a la física de la turbulència i aportant resultats indispensables per al progrés de les modelitzacións tipus symmetry-preserving regularization.

Desenvolupament d’una metodologia de simulació mitjançant programari CFD per a la optimització d’agitadors

La dinàmica de fluids computacional (CFD) és una eina que serveix per analitzar mitjançantcomputadors diferents problemes que involucren fluxos de fluids. Els programes de CFD usen expressions matemàtiques no lineals que defineixen les equacions fonamentals de fluxos i transport de calor en fluids. Aquestes es resolen amb complexos algoritmes iteratius. Actualment aquesta eina és una part fonamental en els procés de disseny en moltes empreses relacionades amb la dinàmica de fluids. Les simulacions que es realitzen ambaquests programes s’ha demostrat que són fiables i que estalvien temps i diners, ja que eviten haver de realitzar els costosos processos d’assaig-error. En el projecte s’utilitza el programa de CFD Ansys CFX 11.0 per simular una agitació bifàsica composta per aigua i aire a temperatura ambient. Els objectius són determinar els paràmetres òptims de simulació que permetin recrear aquesta agitació, per posteriorment dissenyar un nou impulsor

Simulació mitjançant tècniques CFD d'una culata per al motor del vehicle de baix consum "Àliga-EPS-UdG"

El projecte pretén estudiar i quantificar les restriccions creades al fluid en circular pelsconductes d’admissió i escapament de la culata del motor del vehicle Àliga. L’estudi consta de quatre etapes: estudi de les restriccions actuals dels sistemes d’admissió i escapament; anàlisi dels resultats de la culata de sèrie i proposta de millores aplicables al model real; càlcul de les restriccions creades pels models millorats, i finalment, estudi comparatiu dels resultats obtinguts, interpretant els resultats dels principals paràmetres a analitzar

Estudi de l’eficiència aerodinàmica de vehicles pesants de transport de passatgers

Estudi de l’eficiència aerodinàmica de les carrosseries de vehicles pesants de cara a reduir el consum de combustible en autocars de llarg trajecte. L’estudi es basa en tres aspectes: validació del programa de simulació, estudi aerodinàmic de diferents carrosseries d’autocar de mercat i estudi aerodinàmic de diferents complements

Modelling world investment markets using threshold conditional correlation models

In this paper we propose a parsimonious regime-switching approach to model the correlations between assets, the threshold conditional correlation (TCC) model. This method allows the dynamics of the correlations to change from one state (or regime) to another as a function of observable transition variables. Our model is similar in spirit to Silvennoinen and Teräsvirta (2009) and Pelletier (2006) but with the appealing feature that it does not suffer from the course of dimensionality. In particular, estimation of the parameters of the TCC involves a simple grid search procedure. In addition, it is easy to guarantee a positive definite correlation matrix because the TCC estimator is given by the sample correlation matrix, which is positive definite by construction. The methodology is illustrated by evaluating the behaviour of international equities, govenrment bonds and major exchange rates, first separately and then jointly. We also test and allow for different parts in the correlation matrix to be governed by different transition variables. For this, we estimate a multi-threshold TCC specification. Further, we evaluate the economic performance of the TCC model against a constant conditional correlation (CCC) estimator using a Diebold-Mariano type test. We conclude that threshold correlation modelling gives rise to a significant reduction in portfolio´s variance.

Bases genètiques de la malformació de Chiari

La Malformació de Chiari tipus I (MCI) ha estat definida tradicionalment com la herniació de les amígdales cerebel•loses d’almenys 5mm, a través del forat mange. En general, els símptomes es posen de manifest durant la segona o tercera dècada de vida, tot i que s’han descrit casos pediàtrics. Donada la complexitat del quadre clínic, per realitzar un diagnòstic adient es requereix avaluació clínica i estudi de neuroimatge. La tècnica de preferència és la ressonància magnètica d’imatge, considerant-se actualment com a pacients de MCI aquells que presenten un descens de les amígdales superior a 3mm per sota del forat magne. L'existència de casos asimptomàtics dificulta establir una prevalença concreta, però s’ha estimat que podria estar entre 1/1000 a 1/5000 sent major en dones que en homes (2:1 aproximadament). Fins el moment, es desconeix l’etiologia de la malaltia però la hipòtesi més acceptada és que MCI és deguda al desenvolupament insuficient del mesoderm paraxial. Diferents estudis realitzats fins el moment evidencien que almenys, un subgrup de pacients amb MCI són deguts a contribució genètica: 1) casos d’agregació familiar amb afectes en tres generacions; 2) estudis de bessons 3) associació amb síndromes genètics coneguts amb herència mendeliana produïts per anomalies óssies que donen suport a la hipòtesi de la insuficiència del mesoderm com a causa de MCI. Davant l’evidència clara d’un component genètic com a principal causant de l’etiologia de MCI, l’objectiu del projecte va ser la identificació de les bases genètiques de la MCI, tant en gens responsables de les formes mendelianes com en gens responsables de les formes complexes de MCI mitjançant dues estratègies: 1-Identificació de variants genètiques de susceptibilitat en pacients amb MCI mitjançant estudis d’associació de tipus cas-control. 2-Anàlisi genètic de formes monogèniques mitjançant l’anàlisi de lligament a marcardors polimòrfics i la seqüenciació del DNA a gran escala.

Wall motion estimation in intracranial aneurysms

The quantification of wall motion in cerebral aneurysms is becoming important owing to its potential connection to rupture, and as a way to incorporate the effects of vascular compliance in computational fluid dynamics (CFD) simulations.Most of papers report values obtained with experimental phantoms, simulated images, or animal models, but the information for real patients is limited. In this paper, we have combined non-rigid registration (IR) with signal processing techniques to measure pulsation in real patients from high frame rate digital subtraction angiography (DSA). We have obtained physiological meaningful waveforms with amplitudes in therange 0mm-0.3mm for a population of 18 patients including ruptured and unruptured aneurysms. Statistically significant differences in pulsation were found according to the rupture status, in agreement with differences in biomechanical properties reported in the literature.

Anomalous rainfall and associated atmospheric circulation in the northeast Spanish Mediterranean area and its relationship to sediment fluidization events in a lake

Changes in the dynamics of sediment transport in a Mediterranean lake (sediment fluidization events) are linked to atmospheric circulations patterns (trough monthly precipitation). In the basins of Lake Banyoles, located in the northeast of Spain, water enters mainly through subterranean springs, and associated fluctuations in the vertical migration of sediment distribution (fluidization events) present episodic behavior as a result of episodic rainfall in the area. The initiation of the fluidization events takes place when the monthly rainfall is ∼2.7 times greater than the mean monthly rainfall of the rainiest months in the area, especially in spring (April and May), October, and December. The duration of these events is found to be well correlated with the accumulated rainfall of the preceding 10 months before the process initiation. The rainfall, in turn, is mainly associated with six atmospheric circulation patterns among the 19 fundamental circulations that emerged in an earlier study focused on significant rainfall days in Mediterranean Spain. Among them, accentuated surface lows over the northeast of Spain, general northeasterly winds by low pressure centered to the east of Balearic Islands and short baroclinic waves over the Iberian Peninsula, with easterly flows over the northeastern coast of Spain, are found the most relevant atmospheric circulations that drive heavy rainfall events

A limited area model intercomparison on the "Montserrat-2000" flash-flood event using statistical and deterministic methods

In the scope of the European project Hydroptimet, INTERREG IIIB-MEDOCC programme, limited area model (LAM) intercomparison of intense events that produced many damages to people and territory is performed. As the comparison is limited to single case studies, the work is not meant to provide a measure of the different models' skill, but to identify the key model factors useful to give a good forecast on such a kind of meteorological phenomena. This work focuses on the Spanish flash-flood event, also known as "Montserrat-2000" event. The study is performed using forecast data from seven operational LAMs, placed at partners' disposal via the Hydroptimet ftp site, and observed data from Catalonia rain gauge network. To improve the event analysis, satellite rainfall estimates have been also considered. For statistical evaluation of quantitative precipitation forecasts (QPFs), several non-parametric skill scores based on contingency tables have been used. Furthermore, for each model run it has been possible to identify Catalonia regions affected by misses and false alarms using contingency table elements. Moreover, the standard "eyeball" analysis of forecast and observed precipitation fields has been supported by the use of a state-of-the-art diagnostic method, the contiguous rain area (CRA) analysis. This method allows to quantify the spatial shift forecast error and to identify the error sources that affected each model forecasts. High-resolution modelling and domain size seem to have a key role for providing a skillful forecast. Further work is needed to support this statement, including verification using a wider observational data set.

Structure and Stability of 3He Droplets

We have studied the structure of 3He droplets at zero temperature using a density functional approach plus a configuration interaction calculation in an harmonic oscillator major shell. The most salient feature of open shell drops is that the valence atoms couple their spins to the maximum value compatible with Pauli's principle, building a large magnetic moment. We have determined that 29 atoms constitute the smallest self-bound droplet.