Towards Fast and Stable Schemes for Brownian Dynamics with Hydrodynamic Interactions
Towards Fast and Stable Schemes for Brownian Dynamics with Hydrodynamic Interactions
批准号:
1212058
负责人:
Nawaf Bou-Rabee
金额:
$14.2万
依托单位国家:
美国
项目类别:
Standard Grant
财政年份:
2012
资助国家:
美国
项目状态:
已结题
起止时间:
2012-08-01 至 2015-07-31
中文摘要
聚合物流动的模拟是一个很难解决的计算问题。它需要一个数学模型,准确地捕捉聚合物和周围溶剂的影响。 由此产生的动力学涉及到一个非平凡的相互作用之间的流体动力学,分子和热力学,从而产生管理随机微分方程(ESDs)。 具有流体动力相互作用的布朗动力学是指这些方程的时间积分。 这些随机微分方程充满了数值困难,例如高维数、乘性噪声、非线性漂移、多时间尺度以及与周围溶剂的复杂耦合。 虽然已经提出了一些方案来模拟这样的系统,没有满足数值稳定性的基本要求,这是本项目的主要动机。 该项目将提供新的技术来解决这些SDES在数值上稳定和实用的方式。 有了荧光显微镜,科学家们现在可以短暂地观察单个DNA分子在各种流场中的运动。 无论这些DNA运动的一瞥多么有启发性,它们都不足以精确地回答一些基本问题,比如某些剪切流是如何诱导DNA片段化或连接的? 为了回答这些问题,数值模拟是必不可少的,这个例子强调了定量模拟在DNA纳米技术的新兴领域中发挥的重要作用。 模拟与荧光显微镜相结合,使科学家能够全面研究各种流场中DNA动力学背后的机制。该项目将导致开发强大的新数值工具来模拟DNA的流动。 它还将通过罗格斯-卡姆登大学的两个研究助学金提供学生培训。
英文摘要
Simulation of polymers in flow is a formidable computational problem. It requires a mathematical model that accurately captures both the polymer and the effect of the surrounding solvent. The resulting dynamics involve a nontrivial interplay between hydrodynamic, molecular and thermal forces that give rise to governing stochastic differential equations (SDE). Brownian dynamics with hydrodynamic interactions refers to the time-integration of these equations. These SDEs are fraught with numerical difficulties such as high dimensionality, multiplicative noise, nonlinear drifts, multiple time-scales and complex coupling with the surrounding solvent. While some schemes have been proposed to simulate such systems, none satisfy the fundamental requirement of numerical stability, which is a main motivation for this project. This project will deliver novel techniques to solve these SDEs in a numerically stable and practical way. With fluorescence microscopy, scientists can now briefly watch individual DNA molecules move in all sorts of flow fields. However illuminating these glimpses of DNA motion might be, they are not precise enough to answer fundamental questions such as how can certain shearing flows induce DNA to fragment or concatenate? To answer such questions, numerical simulation is essential, and this example emphasizes the significant role that quantitative simulations play in the burgeoning area of DNA nanotechnology. Simulations combined with fluorescence microscopy enable scientists to comprehensively study the mechanisms behind DNA dynamics in a variety of flow fields. This project will lead to the development of powerful new numerical tools to simulate DNA in flow. It will also provide student training through two research assistantships at Rutgers-Camden.
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会议论文
Collaborative Research: Numerical Methods for High-Dimensional Sticky Diffusions
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批准号:2111224
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$8.29万
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财政年份:2021
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负责人:Nawaf Bou-Rabee
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依托单位:
Stochastic Partial Differential Equations and Their Numerical Solution
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批准号:1816378
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项目类别:Continuing Grant
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资助金额:$14.4万
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财政年份:2018
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负责人:Nawaf Bou-Rabee
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依托单位:
PostDoctoral Research Fellowship
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批准号:0803095
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项目类别:Fellowship Award
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资助金额:$10.8万
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财政年份:2008
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负责人:Nawaf Bou-Rabee
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依托单位:
国内基金
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FAST核心阵混合口径组阵及干涉成像关键技术研究
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批准号:12573098
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批准年份:2025
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