Thesis (Ph. D.)--University of Texas at Austin, 2005. / Supervisor: Fernando Rodriguez-Villegas. Vita. Includes bibliographical references.

Thesis (Ph. D.)--University of Idaho, 2006. / Abstract. "June 2006." "In liquefaction, the movement of particles is generally viewed as random and isotropic. A numerical study has been performed based on the hypothesis that as liquefaction occurs, initially randomly placed particles become organized into a lattice structure. As a result, the initial behavior may be isotropic, but there is a progressive movement to anisotropic behavior as cyclic shearing is applied. The study is performed under ideal conditions considering spherically shaped particles of the same size in pure shear. The results of the study showed that the particles organize to the same lattice structure regardless of friction coefficient or shear plane selection. Consequently, this study provides a tool for calibrating constitutive models related to liquefaction."--p. iii. Includes bibliographical references (leaves 45-51). Also available online in PDF format.

Thesis (Ph. D.)--University of Canterbury, 2006. / Typescript (photocopy). "January 2006." Includes bibliographical references (p. 139-151). Also available via the World Wide Web.

Thesis (Ph.D.)--Baylor University, 2006. / Includes bibliographical references (p. 118-122).

Thesis (Ph. D.)--Washington State University, May 2007. / Includes bibliographical references.

La fusion et la solidification couplées à des écoulements convectifs sont des processus fondamentaux dans le contexte géophysique, par exemple dans la formation des mares-mares arctiques. Ce système se caractérise par la présence d'écoulements instationnaires, chaotiques et souvent turbulents. Ce travail est motivé par des observations indiquant une réduction de la glace de mer arctique dans la mesure où le modèle global actuel ne pouvait pas prédire. Le but de ce travail est de fournir des informations sur les paramètres pertinents affectant la fusion / solidification dans les étangs de fonte des glaces de mer. La configuration idéalisée que nous considérons consiste en une couche de fluide chauffée par le bas et en contact avec une interface de fusion solide-liquide du côté supérieur. Nous étudions un tel système modèle au moyen d'outils numériques. Nous effectuons des simulations numériques directes par un algorithme Lattice Boltzmann basé sur l'enthalpie pour traiter la dynamique à long terme, ou de manière équivalente le régime à nombre élevé de Rayleigh, à la fois dans des configurations en deux et en trois dimensions. Nous montrons que le processus de convection et de fusion couplé n'améliore que faiblement le flux de chaleur et le mélange dans le système par rapport au réglage de Rayleigh-Bénard. Comme deux extensions au système de fusion, nous considérons l'effet de l'application de la vitesse sur la section liquide du système de fusion, l'effet de chauffage interne du système de fusion. / Melting and solidification coupled with convective flows are fundamental processes in the geophysical context, for instance in the Arctic melt-ponds formation. This system is characterized by the presence of unsteady, chaotic and often turbulent flows. This work is motivated by observations indicating reduction of Arctic sea-ice to the extent that present global model could not predict. The goal of this work is to provide information on the relevant parameters affecting the melting/solidification in sea ice melt ponds. The idealized setup we consider consists of a fluid layer heated from below and in contact with a solid-liquid melting interface on the top side. We investigate such a model system by means of numerical tools. We perform direct numerical simulations by an enthalpy based Lattice Boltzmann algorithm to address the long time dynamics, or equivalently the high Rayleigh number regime, both in two- and three-dimensional setups. We show that the coupled convection and melting process only weakly enhances heat flux and the mixing in the system as compared to the Rayleigh-Bénard setting. As two extensions to system of melting, we consider the effect of applying velocity on the liquid section of the melting system, which represents existence of wind-draft, and we consider the effect of internally heating the system of melting, which represents heating the system of melting through solar radiation.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-22T17:50:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 238516.pdf: 5298890 bytes, checksum: 0ef61b796a3cfc07504d13ed32e0748f (MD5) / O estudo de problemas que envolvem a molhabilidade e a capilaridade em meios porosos tem sido assunto de grande interesse científico e econômico. A importância desse estudo é revelada por muitos processos tecnológicos que incluem a aplicação direta de fluidos sobre diferentes tipos de superfícies. O principal objetivo desta tese de doutorado é o melhor entendimento destes fenômenos físicos. Com esse enfoque, um método Lattice-Boltzmann baseado em mediadores de campo é proposto para a simulação de fenômenos que envolvem a interação fluido-sólido, no qual os efeitos das forças de interação de longa distância são importantes e devem ser considerados para que a dinâmica macroscópica observada experimentalmente seja recuperada. A modelagem da interação fluido-fluido foi feita através de um modelo conhecido na literatura. Este modelo possibilita a simulação de equilíbrio de fases através de uma equação de estado que possui um comportamento semelhante à equação de van der Waals. Os resultados obtidos mostram que o ângulo de contato depende fortemente das interações de longa distância e o aumento das forças de adesão leva à diminuição do ângulo de contato, em concordância com simulações baseadas em dinâmica molecular. No caso de superfícies sólidas irregulares, observa-se a histerese de ângulo de contato. A universalidade da dinâmica de espalhamento sobre superfícies sólidas é observada numa escala característica, na qual os efeitos microscópicos parecem ser desprezíveis. A formação de um filme precursor deslocando-se mais rapidamente que o restante da gota é notada. Os resultados obtidos para a ascensão capilar entre placas paralelas em condições estáticas concordam com resultados teóricos e ilustram que o balanço de forças local em torno da linha de contato não é influenciado pela gravidade, definindo o ângulo de contato medido na presença do campo gravitacional como uma propriedade aparente. Em condições dinâmicas, a comparação entre resultados teóricos e simulados foi feita através da equação de Bosanquet. Verifica-se que o comportamento dinâmico previsto pela solução teórica é satisfatoriamente recuperado pelas simulações em condições de reservatório infinito, particularmente se a separação entre as placas é pequena. Quando é observada alguma discrepância, nota-se que teoria e simulação não coincidem nos primeiros estágios da ascensão devido ao modelo teórico não prever a formação inicial do menisco. É mostrado que a dependência entre o ângulo de contato dinâmico e o número capilar é representativa de superfícies lisas e homogêneas.

This thesis is dedicated to the derivation and the validation of a new collision model as a stabilization technique for high-order lattice Boltzmann methods (LBM). More specifically, it intends to stabilize simulations of: (1) isothermal and weakly compressible flows at high Reynolds numbers, and (2) fully compressible flows including discontinuities such as shock waves. The new collision model relies on an enhanced regularization step. The latter includes a recursive computation of nonequilibrium Hermite polynomial coefficients. These recursive formulas directly derive from the Chapman-Enskog expansion, and allow to properly filter out second- (and higher-) order nonhydrodynamic contributions in underresolved conditions. This approach is even more interesting since it is compatible with a very large number of velocity sets. This high-order LBM is first validated in the isothermal case, and for high-Reynolds number flows. The coupling with a shock-capturing technique allows to further extend its validity domain to the simulation of fully compressible flows including shockwaves. The present work ends with the linear stability analysis(LSA) of the new approach, in the isothermal case. This leads to a proper quantification of the impact induced by each discretization (velocity and numerical) on the spectral properties of the related set of equations. The LSA of the recursive regularized LBM finally confirms the drastic stability gain obtained with this new approach.

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