Animal group formation has often been studied by mathematical biologists through PDE models, producing classical results like traveling and stationary waves. Recently, Eftimie et al. introduced a 1-D PDE model that considers three social interactions between individuals in the relevant neighborhoods, specifically re- pulsion, alignment, and attraction. It takes into account the orientation of the neighbors when consider- ing if they can communicate. This has resulted in exciting new movement behaviors like zig-zag pulses, breathers, and feathers. In this work, we translate the Eftimie model into a Lagrangian implementation. Currently, the results from the Lagrangian formulations show many of the results displayed by Eftimie’s original PDE model, producing patterns like the zig-zag, breather traveling, and stationary pulses. In addi- tion, we model animal movement with an ODE approach to complete the investigation regarding the role of direction-dependent communication mechanism in discrete-space. / Applied Mathematics

No description available.

The homogeneous charge compression ignition (HCCI) concept has been acknowledged as a potential combustion concept for engines, due to low NOx and soot emissions and high efficiency, especially at part-load. Early direct-injection (DI) during the compression stroke is an option when Diesel fuel is used in HCCI. This implies that the risk for wall impingement increases, due to the decreasing in-cylinder density. The fuel sprays has to be well dispersed in order to avoid wall impingement. Specially designed impinging nozzles providing a collision of the Diesel sprays in the vicinity of the orifice exits have experimentally been verified to yield well dispersed sprays and the desired benefits of HCCI under various conditions. The purpose of this work is to use Computational Fluid Dynamics (CFD) as a tool to simulate and evaluate non-impinging and impinging nozzles with respect to mixture formation in direct-injected HCCI. Three different nozzles are considered: one non-impinging and two impinging nozzles with 30 and 60 degree collision angle respectively. Lagrangian CFD simulations of impinging sprays using the traditional collision model of O’Rourke is not sufficient in order obtain the correct spray properties of impinging sprays. This work proposes an enhanced collision model, which is an extension of the O’Rourke model with respect to collision frequency, post collisional velocities and collision induced break-up. The enhanced model is referred to as the EORIS model (Enhanced O’Rourke model for Impinging Sprays). The initial drop size distribution at orifice and break-up time constant of the standard Wave model is calibrated and calculated wall impingement (piston and liner) is compared with combustion efficiency, smoke, HC and CO emissions as a function of injection timing. A set of model parameters were selected for further evaluation. These model parameters and the EORIS collision model were applied to non-impinging and impinging nozzles under low- and high load conditions. The EORIS model and the selected model parameters are able to predict wall impingement in agreement with experimental measurements of combustion efficiency and smoke emissions under low- and high load conditions for the investigated nozzles. A benefit is that one set of model parameters can be used to predict mixture formation, and there is no need for additional model calibration when, for instance, the injection timing or nozzle geometry is changed. In general, experiments and simulations indicate that impinging nozzles are recommended for early injection timing in the compression stroke. This is due to the shorter penetration which leads to a reduced risk for wall impingement. The non-impinging nozzles are, however, beneficial for later injection timing in the compression stroke. During these injection conditions the impinging nozzles have a more stratified charge and under some conditions poor mixture quality is achieved. / HCCI-konceptet (Homogeneous Charge Compression Ignition) är en tänkbar förbränningsprincip för att uppnå låga NOx och sotemissioner, speciellt under låglast förhållanden. Då Diesel används som bränsle är tidig direktinsprutning under kompressionsslaget en tänkbar strategi för att åstadkomma gynnsamma HCCI-förhållanden. Den tidiga direktinsprutningen medför däremot att risken för väggvätning ökar, på grund av den minskade densiteten i cylindern. Detta ställer krav på bränslesprejen som måste vara väl fördelad i cylindern för att undvika väggvätning. Specialkonstruerade spridarspetsar som skapar kollision av sprejerna nära hålmynningen, så kallade kolliderande sprejer, har experimentellt påvisats vara fördelaktiga för HCCI förbränning, tack vare kortare sprejpenetration och voluminös sprej. Syftet med detta arbete är att använda CFD (Computational FluidDynamics) som ett verktyg för att simulera och evaluera ickekolliderande och kolliderande sprejer med avseende på blandningsbildning under direktinsprutade HCCI förhållanden. Tre olika spridarspetsar har undersökts: en icke-kolliderande och två kolliderande med kollisionsvinkel 30 och 60 grader. CFD-simuleringar av kolliderande sprejer med Lagrangiansk modelleringsteknik och O’Rourkes traditionella kollisionsmodell har visat sig vara otillräcklig för att uppnå korrekta sprejegenskaper. Den här avhandlingen presenterar en förbättrad kollisionsmodell baserad på O’Rourkes ursprungliga kollisionsmodell med avseende på kollisionsfrekvens, dropphastighet efter kollision och kollisionsviinducerad break-up. Den förbättrade modellen kallas EORIS (Enhanced O’Rourke model for Impinging Sprays). Den initiala droppfördelningen vid spridarspetsens hålmynning och Wave-modellens tidskonstant för break-up har kalibrerats och beräknad väggvätning (kolv och foder) har jämförts med förbränningsverkningsgrad, rök, HC och CO-emissioner som funktion av insprutningstidpunkt. De valda modellparametrarna och EORIS-modellen tillämpades för att evaluera blandningsbildningen på kolliderande och icke-kolliderande spridarspetsar under låg- och höglast-förhållanden. EORIS-modellen och de utvalda modellparametrarna kan predikteraväggvätning i överensstämmelse med uppmätt förbränningsverkningsgrad och rökemissioner under låglast- och höglastförhållanden för de undersökta spridarspetsarna. En fördel är att de utvalda modellparametrarna kan prediktera blandningsbildningen och det finns inget behov att justera modellparametrarna då t.ex. insprutningstidpunkten eller spridarspetsgeometrin ändras. Generellt påvisar såväl experiment som simuleringar att de kolliderande sprejerna är lämpliga för tidig direktinsprutning underkompressionsslaget. Det är på grund av kort sprejpenetration som reducerar risken för väggvätning. De icke-kolliderande sprejerna är dock lämpliga för sen direktinsprutning under kompressionsslaget. Under dessa förhållanden har de kolliderande sprejerna en mer stratifierad blandning och under vissa förhållanden uppnås då en ofördelaktig blandningskvalitet. / QC 20100819

La 3D s'impose comme un nouveau média dont l'adoption généralisée passe par la conception d'outils, accessibles au grand public, de création et de manipulation de formes tridimensionnelles quelconques. Les outils actuels reposent fortement sur la modélisation sous-jacente des formes, généralement surfacique, et sont alors peu intuitifs ou limitatifs dans l'expressivité offerte à l'utilisateur.Nous souhaitons, dans ces travaux, définir une approche ne présentant pas ces défauts et permettant à l'utilisateur de se concentrer sur le processus créatif. En nous inspirant de l'utilisation séculaire de l'argile, nous proposons une approche modélisant la matière sous forme lagrangienne.Une forme est ainsi décrite par un système de particules, où chaque particule représente un petit volume du volume global.Dans ce cadre lagrangien, la méthode Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) permet l'approximation de grandeurs physiques en tout point de l'espace. Nous proposons alors une modélisation de matériaux à deux couches, l'une décrivant la topologie et l'autre décrivant la géométrie du système global.La méthode SPH permet, entre autres, d'évaluer la densité de matière. Ceci nous permet de définir une surface implicite basée sur les propriétés physiques du système de particules pour redonner un aspect continu à la matière.Ces matériaux peuvent alors être manipulés au moyen d'interactions locales reproduisant le maniement de la pâte à modeler, et de déformations globales. L'intérêt de notre approche est démontrée par plusieurs prototypes fonctionnant sur des stations de travail standard ou dans des environnements immersifs. / 3D is emerging as a new media. Its widespread adoption requires the implementation of userfriendly tools to create and manipulate three-dimensional shapes. Current softwares heavily rely on underlying shape modeling, usually a surfacic one, and are then often counter-intuitive orlimiting. Our objective is the design of an approach alleviating those limitations and allowing the user to only focus on the process of creating forms. Drawing inspiration from the ancient use of clay,we propose to model a material in a lagrangian description. A shape is described by a particles system, where each particle represents a small fraction of the total volume of the shape. In this framework, the Smoothed Particle Hydrodynamics method enables to approximate physical values anywhere in space. Relying on this method, we propose a modeling of material with two levels, one level representing the topology and the other one describing local geometry of the shape.The SPH method especially enables to evaluate a density of matter. We use this property todefine an implicit surface based on the physical properties of the particles system to reproduce the continuous aspect of matter. Those virtual materials can then be manipulated locally through interactions reproducing the handling of dough in the real world or through global shape deformation. Our approach is demonstrated by several prototypes running either on typical desktop workstation or in immersive environment system.