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Contribution Details

Type Bachelor's Thesis
Scope Discipline-based scholarship
Title Application of numerical optimization techniques for the interfaces reconstruction in two-phase flows
Organization Unit
Authors
  • Gioele Monopoli
Supervisors
  • Barbara Re
  • Davide Scaramuzza
  • Elise Delphine Le Mélédo
Language
  • English
Institution University of Zurich
Faculty Faculty of Business, Economics and Informatics
Date 2021
Abstract Text Two-phase flow problems are widely present in physics and can be investigated in computer science through numerical optimization. In fluid dynamics, coexisting fluids are separated by dynamical interfaces, curves that move and deform as time evolves, according to the velocity field given at the interface by the state of interacting phases. This thesis aims to improve the spatial accuracy in the reconstruction of the interface separating fluids in two-phase flow numerical simulations, assuming that the two flows are governed by the same set of equations, i.e., Euler equations of fluid dynamic. The whole is accomplished through the application of constrained optimization to reconstruct the shape of these interfaces at a specific time, using a Bézier curve interpolation characterised by energy minimization. The fluids are surrounded by a given velocity field resulting in constraints imposed on the curve as energy costs. Thanks to the implementation of the given dataset we find ways to calculate these energy costs and to insert them in the optimization problem, which thanks to the exploitation of existing algorithms an energy minimised curve will result from.
Zusammenfassung Zweiphasenströmungsprobleme sind in der Physik sehr verbreitet und können in der Informatik durch numerische Optimierung analysiert werden. In der Fluiddynamik werden koexistierende Fluide durch dynamische Grenzflächen getrennt, Kurven, die sich im Laufe der Zeit bewegen und verformen, entsprechend dem Geschwindigkeitsfeld, das an der Grenzfläche durch den Zustand der interagierenden Phasen gegeben ist. Diese Arbeit zielt auf die Verbesserung der räumlichen Genauigkeit bei der Rekonstruktion der Grenzfläche zwischen Flüssigkeiten in numerischen Simulationen von Zweiphasenströmungen, wobei davon ausgegangen wird, dass die beiden Strömungen durch den gleichen Satz von Gleichungen, d.h. die Euler-Gleichungen der Fluiddynamik, geregelt werden. Dies wird durch die Anwendung einer eingeschränkten Optimierung erreicht, um die Form dieser Grenzflächen zu einem bestimmten Zeitpunkt zu rekonstruieren, wobei eine Interpolation von Bézier-Kurven verwendet wird, die durch Energieminimierung gekennzeichnet ist. Die Fluide sind von einem vorgegebenen Geschwindigkeitsfeld umgeben, das als Energiekosten zu Einschränkungen der Kurve führt. Dank der Implementierung des gegebenen Datensatzes finden wir einen Weg, diese Energiekosten zu berechnen und in das Optimierungsproblem einzufügen, aus dem sich, dank der Ausnutzung bestehender Algorithmen, eine energieminimierte Kurve ergeben wird.
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