Coupling Complex Flow and Transport Phenomena

耦合复杂的流动和传输现象

基本信息

  • 批准号:
    0506039
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 15万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2005
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2005-09-15 至 2008-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The objective of the proposed project is to accurately model complex flow and transport phenomena arising in groundwater contamination and in sepsis modeling.Groundwater forms two-thirds of the world's fresh water. This resource, vital to human activities, is constantly threatened by contamination. Groundwater becomes contaminated when man-made and sometimes naturally-occurring substances are dissolved in waters recharging the groundwater. Often, as groundwater is connected with lakes and rivers, the pollution of these surface waters implies the pollution of aquifers. Thus, it is important to understand the flow and transport of the coupled system of rivers, lakes, and aquifers. In this first application, such complex multiphysics couplings are studied.The second application modeled in this work involves sepsis, which in the U.S. is the primary cause of death in critically ill patients. Sepsis can be defined as an uncontrolled inflammatory response due to bacterial infection. As of today, there are very few therapeutic options available to patients. Simulating inflammation and organ dysfunction that accompany sepsis can help understand this complex problem. The modeling process consists of identifying key chemical components and their interaction in different subdomains such as organs, epithelial layers, and blood arteries.The underlying mathematical equations characterizing both applications are similar. Those equations are derived from the balance equations of continuum mechanics that express the conservation laws for mass, momentum, and energy of an arbitrary volume moving within a fluid. Efficient and reliable numerical methods will be developed as a part of this project. One project output will be a computational tool that is beneficial to both environmental engineers and medical personnel. On one hand, effective strategies for clean-up of contaminated groundwaters can be simulated. At the same time,a better understanding of the inflammatory response due to bacterial infection will lead to the design of therapeutic solutions for sepsis. Another impact of this project will be the stimulation of the discovery process for undergraduate and graduate students involved in the research project.Educational activities for the proposed project include the development of a new modeling course, the creation of a Master's degree in Computational and Applied Mathematics, the continuous mentorship of graduate and undergraduate students and their exposure to international collaborations, and an increase in the number of students, including minorities, graduating with a Master or Ph.D. degree in Mathematics.
该项目的目标是精确模拟地下水污染和脓毒症模型中产生的复杂流动和运输现象。地下水占世界淡水的三分之二。 这种资源对人类活动至关重要,但不断受到污染的威胁。 当人为物质和有时自然产生的物质溶解在补给地下水的沃茨中时,地下水就会受到污染。 由于地下水与湖泊和河流相连,这些地表沃茨的污染往往意味着含水层的污染。 因此,重要的是要了解河流,湖泊和含水层的耦合系统的流动和运输。 在第一个应用中,研究了这种复杂的多物理场耦合,在这项工作中建模的第二个应用涉及败血症,这在美国是危重病人死亡的主要原因。 脓毒症可以定义为由于细菌感染引起的不受控制的炎症反应。 到目前为止,可供患者选择的治疗方法很少。 模拟伴随败血症的炎症和器官功能障碍可以帮助理解这个复杂的问题。 建模过程包括识别关键化学成分及其在不同子域(如器官、上皮层和血管)中的相互作用。表征两种应用的基本数学方程相似。 这些方程是从连续介质力学的平衡方程导出的,该方程表达了在流体中运动的任意体积的质量、动量和能量的守恒定律。 作为该项目的一部分,将开发有效和可靠的数值方法。 一个项目的产出将是一个计算工具,有利于环境工程师和医务人员。 一方面,可以模拟清理受污染地下水的有效策略。 同时,更好地了解细菌感染引起的炎症反应将有助于设计脓毒症的治疗方案。 该项目的另一个影响将是刺激参与研究项目的本科生和研究生的发现过程。拟议项目的教育活动包括开发新的建模课程,创建计算与应用数学硕士学位,研究生和本科生的持续导师以及他们对国际合作的接触,以及包括少数民族在内的硕士或博士毕业生人数的增加。数学学位。

项目成果

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