Optimized strong stability preserving IMEX Runge-Kutta methods

Esta es la versión no revisada del artículo: Inmaculada Higueras, Natalie Happenhofer, Othmar Koch, and Friedrich Kupka. 2014. Optimized strong stability preserving IMEX Runge-Kutta methods. J. Comput. Appl. Math. 272 (December 2014), 116-140. Se puede consultar la versión final en https://doi.org/10.1016/j.cam.2014.05.011

Protein interaction data curation: the International Molecular Exchange (IMEx) consortium.

The International Molecular Exchange (IMEx) consortium is an international collaboration between major public interaction data providers to share literature-curation efforts and make a nonredundant set of protein interactions available in a single search interface on a common website (http://www.imexconsortium.org/). Common curation rules have been developed, and a central registry is used to manage the selection of articles to enter into the dataset. We discuss the advantages of such a service to the user, our quality-control measures and our data-distribution practices.

Runge-Kutta IMEX schemes for the Horizontally Explicit/Vertically Implicit (HEVI) solution of wave equations

Many operational weather forecasting centres use semi-implicit time-stepping schemes because of their good efficiency. However, as computers become ever more parallel, horizontally explicit solutions of the equations of atmospheric motion might become an attractive alternative due to the additional inter-processor communication of implicit methods. Implicit and explicit (IMEX) time-stepping schemes have long been combined in models of the atmosphere using semi-implicit, split-explicit or HEVI splitting. However, most studies of the accuracy and stability of IMEX schemes have been limited to the parabolic case of advection–diffusion equations. We demonstrate how a number of Runge–Kutta IMEX schemes can be used to solve hyperbolic wave equations either semi-implicitly or HEVI. A new form of HEVI splitting is proposed, UfPreb, which dramatically improves accuracy and stability of simulations of gravity waves in stratified flow. As a consequence it is found that there are HEVI schemes that do not lose accuracy in comparison to semi-implicit ones. The stability limits of a number of variations of trapezoidal implicit and some Runge–Kutta IMEX schemes are found and the schemes are tested on two vertical slice cases using the compressible Boussinesq equations split into various combinations of implicit and explicit terms. Some of the Runge–Kutta schemes are found to be beneficial over trapezoidal, especially since they damp high frequencies without dropping to first-order accuracy. We test schemes that are not formally accurate for stiff systems but in stiff limits (nearly incompressible) and find that they can perform well. The scheme ARK2(2,3,2) performs the best in the tests.

IMEX finite volume methods for the shallow water equations

Die Flachwassergleichungen (SWE) sind ein hyperbolisches System von Bilanzgleichungen, die adäquate Approximationen an groß-skalige Strömungen der Ozeane, Flüsse und der Atmosphäre liefern. Dabei werden Masse und Impuls erhalten. Wir unterscheiden zwei charakteristische Geschwindigkeiten: die Advektionsgeschwindigkeit, d.h. die Geschwindigkeit des Massentransports, und die Geschwindigkeit von Schwerewellen, d.h. die Geschwindigkeit der Oberflächenwellen, die Energie und Impuls tragen. Die Froude-Zahl ist eine Kennzahl und ist durch das Verhältnis der Referenzadvektionsgeschwindigkeit zu der Referenzgeschwindigkeit der Schwerewellen gegeben. Für die oben genannten Anwendungen ist sie typischerweise sehr klein, z.B. 0.01. Zeit-explizite Finite-Volume-Verfahren werden am öftersten zur numerischen Berechnung hyperbolischer Bilanzgleichungen benutzt. Daher muss die CFL-Stabilitätsbedingung eingehalten werden und das Zeitinkrement ist ungefähr proportional zu der Froude-Zahl. Deswegen entsteht bei kleinen Froude-Zahlen, etwa kleiner als 0.2, ein hoher Rechenaufwand. Ferner sind die numerischen Lösungen dissipativ. Es ist allgemein bekannt, dass die Lösungen der SWE gegen die Lösungen der Seegleichungen/ Froude-Zahl Null SWE für Froude-Zahl gegen Null konvergieren, falls adäquate Bedingungen erfüllt sind. In diesem Grenzwertprozess ändern die Gleichungen ihren Typ von hyperbolisch zu hyperbolisch.-elliptisch. Ferner kann bei kleinen Froude-Zahlen die Konvergenzordnung sinken oder das numerische Verfahren zusammenbrechen. Insbesondere wurde bei zeit-expliziten Verfahren falsches asymptotisches Verhalten (bzgl. der Froude-Zahl) beobachtet, das diese Effekte verursachen könnte.Ozeanographische und atmosphärische Strömungen sind typischerweise kleine Störungen eines unterliegenden Equilibriumzustandes. Wir möchten, dass numerische Verfahren für Bilanzgleichungen gewisse Equilibriumzustände exakt erhalten, sonst können künstliche Strömungen vom Verfahren erzeugt werden. Daher ist die Quelltermapproximation essentiell. Numerische Verfahren die Equilibriumzustände erhalten heißen ausbalanciert.rnrnIn der vorliegenden Arbeit spalten wir die SWE in einen steifen, linearen und einen nicht-steifen Teil, um die starke Einschränkung der Zeitschritte durch die CFL-Bedingung zu umgehen. Der steife Teil wird implizit und der nicht-steife explizit approximiert. Dazu verwenden wir IMEX (implicit-explicit) Runge-Kutta und IMEX Mehrschritt-Zeitdiskretisierungen. Die Raumdiskretisierung erfolgt mittels der Finite-Volumen-Methode. Der steife Teil wird mit Hilfe von finiter Differenzen oder au eine acht mehrdimensional Art und Weise approximniert. Zur mehrdimensionalen Approximation verwenden wir approximative Evolutionsoperatoren, die alle unendlich viele Informationsausbreitungsrichtungen berücksichtigen. Die expliziten Terme werden mit gewöhnlichen numerischen Flüssen approximiert. Daher erhalten wir eine Stabilitätsbedingung analog zu einer rein advektiven Strömung, d.h. das Zeitinkrement vergrößert um den Faktor Kehrwert der Froude-Zahl. Die in dieser Arbeit hergeleiteten Verfahren sind asymptotisch erhaltend und ausbalanciert. Die asymptotischer Erhaltung stellt sicher, dass numerische Lösung das "korrekte" asymptotische Verhalten bezüglich kleiner Froude-Zahlen besitzt. Wir präsentieren Verfahren erster und zweiter Ordnung. Numerische Resultate bestätigen die Konvergenzordnung, so wie Stabilität, Ausbalanciertheit und die asymptotische Erhaltung. Insbesondere beobachten wir bei machen Verfahren, dass die Konvergenzordnung fast unabhängig von der Froude-Zahl ist.

Análise da recuperação em reservatório de gás com baixa permeabilidade (TIGHT GAS) através do fraturamento hidráulico

With the increasing of energetic consumption in the worldwile, conventional reservoirs, known by their easy exploration and exploitation, are not being enough to satisfy this demand, what has made necessary exploring unconventional reservoirs. This kind of exploration demands developing more advanced technologies to make possible to exploit those hydrocarbons. Tight gas is an example of this kind of unconventional reservoir. It refers to sandstone fields with low porosity, around 8%, and permeabilities between 0.1 and 0.0001 mD, which accumulates considerable amounts of natural gas. That natural gas can only be extracted by applying hydraulic fracturing, aiming at stimulating the reservoir, by creating a preferential way through the reservoir to the well, changing and making easier the flow of fluids, thus increasing the productivity of those reservoirs. Therefore, the objective of this thesis is analyzing the recovery factor of a reservoir by applying hydraulic fracturing. All the studies were performed through simulations using the IMEX software, by CMG (Computer Modelling Group), in it 2012.10 version

An improved interolog mapping-based computational prediction of protein protein interactions with increased network coverage

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

In vitro biomechanical testing of a micro external skeletal fixator

OBJECTIVE To biomechanically test the properties of three different Universal Micro External Fixator (UMEX™) configurations with regard to their use in very small animals (<5kg) and compare the UMEX system to the widely used IMEX External Skeletal Fixation (SK™) system in terms of stiffness, space needed for pin placement and weight. METHODS Three different UMEX configurations (type Ia, type Ib, and type II modified) and one SK configuration type Ia were used to stabilize Delrin plastic rods in a 1 cm fracture gap model. These constructs were tested in axial compression, craniocaudal bending, mediolateral bending, and torsion. Testing was conducted within the elastic range and mean stiffness in each mode was determined from the slope of the linear portion of the load-deformation curve. A Kruskal Wallis one-way analysis of variance on ranks test was utilized to assess differences between constructs (p <0.05). RESULTS The UMEX type II modified configuration was significantly stiffer than the other UMEX configurations and the SK type Ia, except in craniocaudal bending, where the SK type Ia configuration was stiffer than all UMEX constructs. The UMEX type Ia configuration was significantly the weakest of those frames. The UMEX constructs were lighter and smaller than the SK, thus facilitating closer pin placement. CONCLUSIONS Results supported previous reports concerning the superiority of more complex constructs regarding stiffness. The UMEX system appears to be a valid alternative for the treatment of long-bone fractures in very small animals.

Análise da recuperação em reservatório de gás com baixa permeabilidade (TIGHT GAS) através do fraturamento hidráulico

With the increasing of energetic consumption in the worldwile, conventional reservoirs, known by their easy exploration and exploitation, are not being enough to satisfy this demand, what has made necessary exploring unconventional reservoirs. This kind of exploration demands developing more advanced technologies to make possible to exploit those hydrocarbons. Tight gas is an example of this kind of unconventional reservoir. It refers to sandstone fields with low porosity, around 8%, and permeabilities between 0.1 and 0.0001 mD, which accumulates considerable amounts of natural gas. That natural gas can only be extracted by applying hydraulic fracturing, aiming at stimulating the reservoir, by creating a preferential way through the reservoir to the well, changing and making easier the flow of fluids, thus increasing the productivity of those reservoirs. Therefore, the objective of this thesis is analyzing the recovery factor of a reservoir by applying hydraulic fracturing. All the studies were performed through simulations using the IMEX software, by CMG (Computer Modelling Group), in it 2012.10 version