Cette thèse s'intéresse à la génération, à l'utilisation et à l'évaluation des maillages hex-dominants, composés d'hexaèdres et de tétraèdres, dans la cadre de la simulation numérique par la méthode des éléments finis. Les éléments finis hexaédriques sont souvent préférés aux éléments tétraédriques car ils offrent un meilleur ratio entre précision et temps de calcul dans un certain nombre de situations. Cependant, si la génération automatique de maillages tétraédriques est aujourd'hui un domaine bien maîtrisé, ce n'est pas le cas de la génération de maillages hexaédriques alignés avec le bord, qui reste un problème largement ouvert. En l'absence de progrès significatifs, les approches actuelles se contentent de maillages hex-dominants afin de tirer parti des performances supérieures des hexaèdres et de la flexibilité géométrique des tétraèdres, qui rend possible le maillage automatique. Dans une première partie, nous développons des algorithmes robustes pour la génération de maillages hex-dominants à partir de champs de directions, notamment pour l'isolement et le remplissage des régions difficiles à mailler (singularités et autres dégénérescences). Dans la seconde partie, nous essayons de déterminer dans quelles situations et dans quelle mesure les maillages hexaédriques, et hex-dominants générés précédemment, sont plus intéressants que les maillages tétraédriques. Ceci implique spécifiquement d'étudier plusieurs manières d'effectuer des simulations par éléments finis avec les maillages hybrides, dont une approche où nous utilisons des contraintes de continuité pour maillages non-conformes. Pour mesurer l'influence du maillage sur l'approximation des solutions, nous proposons une nouvelle méthode d'échantillonnage pour calculer très efficacement des distances globales entre solutions éléments finis définies sur des domaines compliqués / This thesis focuses on generation, usage and evaluation of hex-dominant meshes, which are made of hexaehedra and tetrahedra, in the context of the finite element method. Hexahedron finite elements are often preferred to tetrahedron elements because they offer a better compromise between accuracy and computation time in certain situations. However, if tetrahedral meshing is a well mastered subject, it is not the case of hexahedral meshing. Generating hexahedral meshes with elements aligned to the borders is still an open and difficult problem. Meanwhile, current automated approaches can use hex-dominant meshes in order to take advantage of both hexahedron accuracy and geometrical flexibility of tetrahedra. In the first part, we develop robust algorithms for the generation of hex-dominant meshes with elements aligned with the borders. Specifically, we propose a method to extract and fill the areas where hexahedral meshing is difficult (singularities and degeneracies). In the second part, we try to identify and to quantify the advantages of hexahedral and hex-dominant meshes over tetrehedral ones. This requires to study various ways to apply the finite element method on hybrid meshes, including one in which we propose to use continuity constraints on hexahedral-tetrahedral non-conforming meshes. To measure the impact of meshes on the finite element accuracy, we develop a new sampling method which allows to compute efficiently global distances between finite element solutions defined on complicated 3D domains

<p>U tezi se istražuje uniformna konvergencija Galerkinovog postupka konačnih elemenata na mrežama različitog tipa za dvoparametarske singularno&nbsp;perturbovane probleme.</p><p>Uvedene su slojno-adaptivne mreže za probleme konvekcije-reakcije-difuzije: &nbsp;Bahvalovljeva, Duran-&Scaron;i&scaron;kinova i Duranova za jednodimenzionalni i&nbsp;Duran-&Scaron;i&scaron;kinova i Duranova mreža za dvodimenzionalni problem. Za pomenute&nbsp;probleme na svim ovim mrežama analizirane su gre&scaron;ke interpolacije,&nbsp;diskretizacije i gre&scaron;ka u energetskoj normi i dokazana je uniformna konvergencija&nbsp;Galerkinovog postupka konačnih elemenata. Sva teorijska tvrđenja su&nbsp;potvrđena numeričkim eksperimentima.<br />&nbsp;</p> / <p>The thesis explores the uniform convergence for Galerkin nite element<br />method on various meshes for two parameter singularly perturbed problems.<br />Layer-adapted meshes are introduced for convection-reaction-diusion<br />problems: Bakhvalov, Duran-Shishkin and Duran meshes for a one dimensional<br />and Duran-Shishkin and Duran meshes for a two dimensional problem.<br />We analyze the errors of interpolation, discretization and error in the energy<br />norm and prove the parameter uniform convergence for Galerkin nite element<br />method on mentioned meshes. Numerical experiments support theoretical<br />ndings.<br />&nbsp;</p>

Comprendre, analyser et modéliser l'environment 3D à partir d'images provenant de caméras et d'appareils photos est l'un des défis majeurs actuel de recherche en vision par ordinateur. Cette thèse s'interesse à plusieurs aspects géométriques et photometriques liés à la reconstruction de surface à partir de plusieurs caméras calibrées. La reconstruction 3D est vue comme un problème de rendu inverse, et vise à minimiser une fonctionnelle d'énergie afin d'optimiser un maillage triangulaire représentant la surface à reconstruire. L'énergie est définie via un modèle génératif faisant naturellement apparaître des attributs tels que la visibilité ou la photométrie. Ainsi, l'approche présentée peut indifférement s'adapter à divers cas d'application tels que la stéréovision multi-vues, la stéréo photométrique multi-vues ou encore le “shape from shading” multi-vues. Plusieurs approches sont proposées afin de résoudre les problèmes de correspondances de l'apparence pour des scènes non Lambertiennes, dont l'apparence varie en fonction du point de vue. La segmentation, la stéréo photométrique ou encore la réciprocité d'Helmholtz sont des éléments étudiés afin de contraindre la reconstruction. L'exploitation de ces contraintes dans le cadre de reconstruction multi-vues permet de reconstruire des modèles complets 3D avec une meilleure qualité. / Understanding, analyzing and modeling the 3D world from 2D pictures and videos is probably one of the most exciting and challenging problem of computer vision. In this thesis, we address several geometric and photometric aspects to 3D surface reconstruction from multi-view calibrated images. We first formulate multi-view shape reconstruction as an inverse rendering problem. Using generative models, we formulate the problem as an energy minimization method that leads to the non-linear surface optimization of a deformable mesh. A particular attention is addressed to the computation of the discrete gradient flow, which leads to coherent vertices displacements. We particularly focus on models and energy functionals that depend on visibility and photometry. The same framework can then be equally used to perform multi-view stereo, multi-view shape from shading or multi-view photometric stereo. Then, we propose to exploit different additional information to constraint the problem in the non-Lambertian case, where the appearance of the scene depends on the view-point direction. Segmentation for instance can be used to segment surface regions sharing similar appearance or reflectance. Helmholtz reciprocity can also be applied to reconstruct 3D shapes of objects of any arbitrary reflectance properties. By taking multiple image-light pairs around an object, multi-view Helmholtz stereo can be performed. Using this constrained acquisition scenario and our deformable mesh framework, it is possible to reconstruct high quality 3D models.

Les dunes marines sont de grandes structures sédimentaires qui, ensemble, couvrent de larges zones appelées champs de dunes. Des dunes ont été découvertes dans tous les océans, de la côte jusqu'aux talus continentaux. Leur forme et mobilité sont des témoins du lien étroit qui existe entre le transport sédimentaire, l'hydrodynamique (courants marins) et la topographie du fond. L'étude des dunes est intéressante scientifiquement parlant, mais elle est également motivée par des enjeux économiques et environnementaux. Les dunes peuvent être étudiées de deux manières : La modélisation et l'analyse de données de terrain (granulométrie, courantométrie, données sismiques, données bathymétriques). Ces deux approches sont très différentes mais complémentaires. Avec l'amélioration des données Sondeur Multi-Faisceaux (SMF), il est maintenant possible de visualiser la morphologie des dunes et de suivre leur évolution de manière plus détaillée. Plusieurs méthodes automatiques d'analyse de la morphologie et de la dynamique des dunes ont été développées pour analyser les Modèles Numériques de Terrain (MNTs) construits à partir de ces données SMF. Pourtant, aucun ne permet d'estimer les valeurs de descripteurs morphologiques et dynamiques pour chaque dune. L'analyse et l'évaluation de ces descripteurs restent régionales avec le découpage des MNTs en régions rectangulaires. Seul un traitement manuel permet d'estimer ces descripteurs pour chaque dune. L'objectif de cette thèse est de développer des algorithmes automatiques permettant de quanti er la morphologie et la dynamique de chaque dune. Pour ce faire, une représentation des données SMF sous forme d'une tessellation triangulaire a été préférée au classique MNT régulier. Tout d'abord, les dunes doivent être extraites de la topographie du fond marin. Un algorithme par accroissement de régions avec adaptation de l'échelle d'analyse, issu de la géomorphométrie est proposé. Les crêtes de dunes sont d'abord extraites en combinant un algorithme de simplification de tessellations avec un algorithme d'extraction de lignes de crête. La résolution de la tessellation est adaptée par l'algorithme de simplification afin de faciliter l'extraction des lignes de crête. Les lignes de crête sont des objets bien définis en géométrie différentielle. Leur extraction s'appuie sur l'interprétation de cette définition appliquée à des modèles discrets du fond (tessellations). Les crêtes servent d'embryons à l'algorithme d'extraction des dunes. L'estimation des paramètres morphologiques des dunes (longueur, largeur, hauteur, etc.) découle de l'extraction automatique des dunes. L'utilisation d'une méthode de recalage non rigide (isométrique) pour la quantification de la dynamique est discutée. Des tessellations représentant la topographie d'un même champ de dunes à différents moments sont analysées par l'algorithme d'extraction des dunes. Ensuite, une dune est associée à une dune d'une autre tessellation qui lui correspond (même dune à un autre instant). La dynamique de chaque dune est quantifiée à partir des résultats de l'algorithme de recalage : les transformations permettant d'aligner différentes représentations d'une dune. / Marine dunes are large sedimentary mounds often organized in dunefields. Theyhave been discovered in oceans all around the globe, from continental rises to nearshore areas. These mobile seafloor structures reflect the unique and complex relationship between the sediment, the seafloor topography and the hydrodynamics (currents). Dunes are not only interesting at a scientific level. In fact, their study is also motivated by economic, safety and environmental reasons. The study of dunes can be divided into two complementary approaches: Modelling and analysis of in situ data (granulometry, current, bathymetric data).The increased quality of MultiBeam EchoSounder (MBES) data allows scientists to monitor and visualize the complexity of, both, dune morphology and dynamics. Au-tomatic methods to characterize dune morphology and dynamics using Digital TerrainModels (DTMs) have already been proposed. But, none does it at the dune scale. Mor-phological and dynamical descriptors are estimated for patches of the dunefield. Today, the evaluation of such descriptors for each dune can only be achieved manually.The objective of this thesis is to design automatic algorithms for the quantification of dune morphology and dynamics. A representation of MBES data as triangular meshes has been preferred to the usual gridded DTMs. The first stage consists of delineating dunes in the seafloor. A scale adaptative, region growing algorithm based on geomorphometry is proposed. The combination of mesh implification and crest extraction algorithms enables to accurately recover dune crest lines. The mesh simplification facilitates the crest extraction by adapting the mesh resolution. Crest extraction is based on the discrete interpretation of the definition of crest lines in differential geometry. The crests are, then, used as seed regions by the dune extraction algorithm.

Nous proposons dans ce mémoire de thèse une méthodologie permettant la résolution du problème de la décomposition de Hodge-Helmholtz discrète sur maillages polyédriques. Le défi de ce travail consiste à respecter les propriétés de la décomposition au niveau discret. Pour répondre à cet objectif, nous menons une étude bibliographique nous permettant d'identifier la nécessité de la mise en oeuvre de schémas numériques mimétiques. La description ainsi que la validation de la mise en oeuvre de ces schémas sont présentées dans ce mémoire. Nous revisitons et améliorons les méthodes de décomposition que nous étudions ensuite au travers d'expériences numériques. En particulier, nous détaillons le choix d'un solveur linéaire ainsi que la convergence des quantités extraites sur un ensemble varié de maillages polyédriques et de conditions aux limites. Nous appliquons finalement la décomposition de Hodge-Helmholtz à l'étude de deux écoulements turbulents : un écoulement en canal plan et un écoulement turbulent homogène isotrope. / We propose in this thesis a methodology to compute the Helmholtz-Hodge decomposition on discrete polyhedral meshes. The challenge of this work isto preserve the properties of the decomposition at the discrete level. In our literature survey, we have identified the need of mimetic schemes to achieve our goal. The description and validation of our implementation of these schemes are presented inthis document. We revisit and improve the methods of decomposition we then study through numerical experiments. In particular, we detail our choice of linear solvers and the convergence of extracted quantities on various series of polyhedral meshes and boundary conditions. Finally, we apply the Helmholtz-Hodge decomposition to the study of two turbulent flows: a turbulent channel flow and a homogeneous isotropic turbulent flow.

Los sistemas flexibles de alta resistencia anclados al terreno son una de las distintas técnicas existentes para la estabilización de taludes, ya sean de roca o de suelos. Están constituidos por una membrana (red de cables o malla de alambre) sujeta al terreno mediante placas de anclaje, cables de refuerzo y bulones. En la mayor parte de los modelos de cálculo existentes se supone un comportamiento activo del sistema, es decir, que evita que se produzcan deslizamientos a través de una supuesta pretensión del sistema y convexidad del terreno. El sistema ejercería una presión normal al terreno que incrementa la tensión tangencial en la superficie potencial de deslizamiento evitando que se alcance la rotura del terreno. En esta tesis se han medido las fuerzas en distintos componentes del sistema desde el momento de la instalación, y se ha comprobado que la pretensión es muy reducida. Por otro lado, la supuesta convexidad del terreno raramente tiene lugar. Todo esto conduce a demostrar la hipótesis de comportamiento pasivo del sistema, es decir, que éste contiene a la masa inestable una vez que se ha producido la rotura. Es por ello que se ha considerado el desarrollar un nueva metodología de cálculo basada en un comportamiento pasivo. La nueva metodología consiste en realizar una simulación numérica dinámica en 2D de la interacción sistema flexible - masa inestable – talud estable. Partiendo de las dimensiones de un círculo de rotura en suelos o una cuña en roca, se deja caer la masa inestable con la fuerza de la gravedad. En su caída, la masa inestable deformará a la membrana, cables de refuerzo y bulones desarrollándose en ellos tensiones que deberán considerarse para su correcto dimensionamiento. En el caso particular de los taludes de suelos, se ha recurrido a la modelización de la masa inestable mediante la discretización por puntos SPH (Smooth Particle Hydrodynamics). / Highly resistant flexible systems anchored to the ground are among the techniques for slope stabilisation, either soil or rock. The system is formed by a membrane (cable net or wire mesh) tightened to the ground through spike plates, reinforcement cables and bolts. In the majority of the existing design models, an active behaviour of the system is considered; which means, that it is able to avoid ground sliding through a pretension of the system and the convexity of the slope surface. The system would exert a normal pressure over the ground that increases the shear stress in the potential slip surface avoiding that failure takes place. In this thesis, forces on different system components have been measured, finding that the pretension force is very low. On the other hand, the supposed ground convexity rarely exists. All this demonstrates that actual system behaviour is passive; which means that it is able to contain the unstable mass once the failure has already occurred. Therefore, a new design methodology based on a passive behaviour has been developed. The new methodology consists in performing a dynamic numerical simulation in 2D of the interaction flexible system – unstable mass – stable slope. Starting from specific known dimensions of slip circle in soils or a wedge in rocks, unstable mass falls only under the action of gravity. During its falling, the unstable mass deforms the membrane, reinforcement cables and bolts. Maximum stresses developed in these components should be considered for their design. In the particular case of soil slopes, unstable mass has been discretised with the mesh free method SPH (Smooth Particle Hydrodynamics).

This work deals with discretizing viscous fluxes in the context of unstructured data based finite volume and meshless solvers, two competing methodologies for simulating viscous flows past complex industrial geometries. The two important requirements of a viscous discretization procedure are consistency and positivity. While consistency is a fundamental requirement, positivity is linked to the robustness of the solution methodology. The following advancements are made through this work within the finite volume and meshless frameworks. Finite Volume Method: Several viscous discretization procedures available in the literature are reviewed for: 1. ability to handle general grid elements 2. efficiency, particularly for 3D computations 3. consistency 4. positivity as applied to a model equation 5. global error behavior as applied to a model equation. While some of the popular procedures result in inconsistent formulation, the consistent procedures are observed to be computationally expensive and also have problems associated with robustness. From a systematic global error study, we have observed that even a formally inconsistent scheme exhibits consistency in terms of global error i.e., the global error decreases with grid refinement. This observation is important and also encouraging from the view point of devising a suitable discretization scheme for viscous fluxes. This study suggests that, one can relax the consistency requirement in order to gain in terms of robustness and computational cost, two key ingredients for any industrial flow solver. Some of the procedures are analysed for positivity as applied to a Laplacian and it is found that the two requirements of a viscous discretization procedure, consistency(accuracy) and positivity are essentially conflicting. Based on the review, four representative schemes are selected and used in HIFUN-2D(High resolution Flow Solver on UNstructured Meshes), an unstructured data based cell center finite volume flow solver, to simulate standard laminar and turbulent flow test cases. From the analysis, we can advocate the use of Green Gauss theorem based diamond path procedure which can render high level of robustness to the flow solver for industrial computations. Meshless Method: An Upwind-Least Squares Finite Difference(LSFD-U) meshless solver is developed for simulating viscous flows. Different viscous discretization procedures are proposed and analysed for positivity and the procedure which is found to be more positive is employed. Obtaining suitable point distribution, particularly for viscous flow computations happens to be one of the important components for the success of the meshless solvers. In principle, the meshless solvers can operate on any point distribution obtained using structured, unstructured and Cartesian meshes. But, the Cartesian meshing happens to be the most natural candidate for obtaining the point distribution. Therefore, the performance of LSFD-U for simulating viscous flows using point distribution obtained from Cartesian like grids is evaluated. While we have successfully computed laminar viscous flows, there are difficulties in terms of solving turbulent flows. In this context, we have evolved a strategy to generate suitable point distribution for simulating turbulent flows using meshless solver. The strategy involves a hybrid Cartesian point distribution wherein the region of boundary layer is filled with high aspect ratio body-fitted structured mesh and the potential flow region with unit aspect ratio Cartesian mesh. The main advantage of our solver is in terms of handling the structured and Cartesian grid interface. The interface algorithm is considerably simplified compared to the hybrid Cartesian mesh based finite volume methodology by exploiting the advantage accrue out of the use of meshless solver. Cheap, simple and robust discretization procedures are evolved for both inviscid and viscous fluxes, exploiting the basic features exhibited by the hybrid point distribution. These procedures are also subjected to positivity analysis and a systematic global error study. It should be remarked that the viscous discretization procedure employed in structured grid block is positive and in fact, this feature imparts the required robustness to the solver for computing turbulent flows. We have demonstrated the capability of the meshless solver LSFDU to solve turbulent flow past complex aerodynamic configurations by solving flow past a multi element airfoil configuration. In our view, the success shown by this work in computing turbulent flows can be considered as a landmark development in the area of meshless solvers and has great potential in industrial applications.

In dieser Arbeit wird ein applikationsunabhängiges Reduktionssystem entworfen, das selbstständig und effizient für die ihm übergebenen Modellteile in allen Betrachtersituationen aus einem möglichen Spektrum von geometrie- und bild-basierten Approximationsformen jeweils die geeignete Approximation generiert, deren Komplexität möglichst gering ist und bei deren Verwendung ein Szenenbild erzeugt werden kann, dessen Bildfehler die vom Nutzer vorgegebenen Schranken nicht überschreitet. Das System nutzt bild- und geometrie-basierte Approximationsformen für unterschiedliche Bereiche im Sichtvolumen des Betrachters. Nailboards sind die benutzten bild-basierten Approximationen. In dieser Arbeit werden neue Nailboardarten vorgestellt, die für die Approximation von semi-transparenten Objekten und von dynamisch beleuchteten Objekten effizient verwendet werden können. Die vorgestellten Erzeugungs- und Darstellungsmethoden nutzen die Fähigkeiten der aktuellen Hardware intensiv aus, um die Nailboards im Echtzeitkontext nutzbar zu machen. Texturierte, sichtabhängige geometrie-basierte Approximationen werden aus einem texturierten Viewdependent Progressive Mesh (VDPM) gewonnen. In dieser Arbeit wird eine effiziente Methode zur Erzeugung von VDPM vorgestellt, aus der Approximationen mit optimal angepassten Parameterkoordinaten gewonnen werden können, ohne dass ein der VDPM-Erzeugung nachgeschalteter Optimierungsschritt der Parameterkoordinaten aller im VDPM kodierten Approximationen notwendig ist. Die Erzeugung der notwendigen Texturen erfolgt unter Nutzung einer schnellen Parametrisierungsmethode und hardware-gestützter Methoden zur Erzeugung dicht gepackter Texturatlanten. Durch die Kombination von selektiven Zugriffsmethoden auf TFGR mit effizienten Randanpassungsmethoden, wird erstmals ein effizientes und qualitativ hochwertiges Multiresolution Rendering mittels TFGR ermöglicht. Aus dem TFGR werden texturierte sichtunabhängige Approximationen gewonnen. Zur echtzeitfähigen, vollautomatischen Erzeugung aller drei Approximationsformen wird in dieser Arbeit ein Reduktionssystem vorgeschlagen, das diese Approximationsformen verteilt generiert. Für eine effiziente Kommunikation innerhalb dieses Systems werden entsprechende Kompressions-, Caching- und State-Differencing-Mechanismen vorgeschlagen. Lastverteilungsmechanismen sichern eine effiziente Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Ressourcen ab. / In this thesis, an application-independent system for the distributed generation of object approximations used for multi-resolution rendering is proposed. The system generates approximations of objects of a scene sent to him in an efficient and fully automatic manner. The system is able to generate different kinds of geometry-based and image-based object approximations. For each given objects of a scene it generates that kind of approximation that is suitable for the current view. That means that its complexity is minimal and that it causes an error in the image generated with this approximation that does not exceed a user-specified threshold. Nailboards are image-based approximations that approximate objects whose size is small compared to the whole scene. In this thesis new kinds of nailboards are presented which can be used efficiently for the approximation of semi-transparent objects and objects in scenes with a dynamic illumination. Capabilities of current graphics hardware are intensively used to generate and render all kinds of Nailboards in real-time. So-called textured view-dependent progressive meshes (VDPM) are used as view dependent geometry-bases approximations for objects whose size is large compared to the whole scene. In this thesis an efficient method for generating VDPM is presented. This method allows the extraction of approximations with optimally adapted texture coordinates without the necessity of an separate optimization step for the texture coordinates in the generation procedure. The textures necessary for the compensation of detail loss are generated using a fast parameterization method from Yoshizawa. The generation of texture atlases is done hardware-accelerated. Further on a hardware-accelerated method for hardware-accelerated multi-resolution rendering using multi chart geometry images (MCGIM) is presented. Out of the MCGIM view-independent geometry-based approximations are extracted. Finally a system for the distributed generation of object approximations is proposed. It generates all three kinds of approximations fully automatic and almost in real time. For an efficient communication within this system suitable compression, caching and state-differencing mechanisms are proposed. Load balancing mechanisms ensure efficient utilization of available resources.

Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η πρόβλεψη τόσο της κίνησης, αλληλεπίδρασης και παραμόρφωσης δύο φυσαλίδων λόγω μεταβολής της πίεσης στο περιβάλλον ιξώδες υγρό, όσο και της ανοδικής κίνησης μιας φυσαλίδας λόγω άνωσης σε ένα Νευτωνικό ή ιξωδοπλαστικό ρευστό. Για τη μοντελοποίηση των αλληλεπιδρώντων φυσαλίδων, αναπτύχθηκε μιας νέα ελλειπτική μεθόδος κατασκευής του υπολογιστικού πλέγματος προκειμένου να αντιμετωπιστούν επιτυχώς τα ιδιάζοντα σημεία (πόλοι) των φυσαλίδων και οι μεγάλες παραμορφώσεις των διεπιφανειών τους. Με τη μέθοδο αυτή η πύκνωση του πλέγματος περιορίζεται μόνο στις περιοχές που είναι αναγκαίο, μειώνοντας έτσι το υπολογιστικό κόστος και αυξάνοντας την ακρίβεια των υπολογισμών. Για την επίλυση των παρακάτω προβλημάτων χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος των μικτών πεπερασμένων στοιχείων κατά Galerkin. Στην περίπτωση των αλληλεπιδρώντων φυσαλίδων έχει εξετασθεί η επίδραση του σχετικού μεγέθους τους, της συχνότητας και του εύρους μεταβολής της επιβαλλόμενης πίεσης και πότε οδηγούν σε έλξη ή άπωση των φυσαλίδων. Στην περίπτωση ελκτικής δύναμης, ακολουθείται η κίνηση και η παραμόρφωσή τους μέχρι του σημείου που έρχονται σε επαφή, όπου αυτό είναι εφικτό. Για τη μελέτη του προβλήματος της φυσαλίδας που ανέρχεται λόγω άνωσης, υποθέτουμε αξονική συμμετρία και μόνιμη κατάσταση. Σύγκριση των προβλέψεών μας για το σχήμα των φυσαλίδων και το πεδίο ροής γύρω τους με προηγούμενα θεωρητικά και πειραματικά αποτελέσματα για Νευτωνικά ρευστά έδειξε άριστη συμφωνία. Στην περίπτωση του ιξωδοπλαστικού ρευστού εξετάστηκαν λεπτομερώς οι παραμορφώσεις των φυσαλίδων σαν συνάρτηση των αριθμών Bingham, Bond και Αρχιμήδη και υπολογίσθηκαν οι συνθήκες υπό τις οποίες είναι δυνατή η παγίδευση της φυσαλίδας μέσα σε αυτό. / The present study deals with the numerical simulation of the motion, interaction and deformation of two bubbles due to variation of the pressure of the ambient Newtonian fluid, and the buoyancy-driven rise of a bubble in a Newtonian or a viscoplastic fluid. A new elliptic mesh generation method is developed in order to deal with the singular points (poles) of the bubbles and the large deformations of their surface. This method permits us to increase the mesh resolution only in the regions that is necessary, decreasing thus the computational cost and increasing the precision of our calculations. The following problems are solved using the mixed finite element/Galerkin method. In the case of the interacting bubbles the effect of their relative size, the frequency and the width of the imposed pressure is examined as well as the conditions that lead in attraction or repulsion of the bubbles. In the case that attractive forces exist, the motion and the deformation of the bubbles followed up to the point that they come in contact, whenever this is possible. In order to study the problem of the bubble that rises due to buoyancy, axial symmetry and steady flow is assumed. Our results for the shape of the bubbles and the flow around them are in very good agreement with previous theoretical and experimental results for Newtonian fluids. The deformations of the bubbles rising in a viscoplastic material are also examined for various values of the Bingham, Bond and Archimedes numbers and the conditions under which entrapment of a bubble is possible are determined.

Let us consider the singularly perturbed model problem Lu := -epsilon laplace u-bu_x+cu = f with homogeneous Dirichlet boundary conditions on the unit-square (0,1)^2. Assuming that b > 0 is of order one, the small perturbation parameter 0 < epsilon << 1 causes boundary layers in the solution. In order to solve above problem numerically, it is beneficial to resolve these layers. On properly layer-adapted meshes we can apply finite element methods and observe convergence. We will consider standard Galerkin and stabilised FEM applied to above problem. Therein the polynomial order p will be usually greater then two, i.e. we will consider higher-order methods. Most of the analysis presented here is done in the standard energy norm. Nevertheless, the question arises: Is this the right norm for this kind of problem, especially if characteristic layers occur? We will address this question by looking into a balanced norm. Finally, a-posteriori error analysis is an important tool to construct adapted meshes iteratively by solving discrete problems, estimating the error and adjusting the mesh accordingly. We will present estimates on the Green’s function associated with L, that can be used to derive pointwise error estimators.