We present a flexible discretization technique for computational models of thin tubular networks embedded in a bulk domain, for example a porous medium. These systems occur in the simulation of fluid flow in vascularized biological tissue, root water and nutrient uptake in soil, hydrological or petroleum wells in rock formations, or heat transport in micro-cooling devices. The key processes, such as heat and mass transfer, are usually dominated by the exchange between the network system and the embedding domain. By explicitly resolving the interface between these domains with the computational mesh, we can accurately describe these processes. The network is efficiently described by a network of line segments. Coupling terms are evaluated by projection of the interface variables. The new method is naturally applicable for nonlinear and time-dependent problems and can therefore be used as a reference method in the development of novel implicit interface 1D-3D methods and in the design of verification benchmarks for embedded tubular network methods. Implicit interface, not resolving the bulk-network interface explicitly have proven to be very efficient but have only been mathematically analyzed for linear elliptic problems so far. Using two application scenarios, fluid perfusion of vascularized tissue and root water uptake from soil, we investigate the effect of some common modeling assumptions of implicit interface methods numerically.


翻译:我们为嵌入散装域内的薄管网的计算模型提供了一种灵活的离散技术,例如一个多孔介质。这些系统存在于模拟血管生物组织、根水和土壤井、岩层中的水井或石油井中吸收液体、根水和养分的模拟中,或微型冷却装置中的热传输中。关键过程,例如热量和质量传输,通常以网络系统和嵌入域之间的交换为主。通过以计算网状网格明确解决这些区域之间的界面,我们可以准确地描述这些过程。网络由线段网络有效描述。通过预测界面变量来评估混合术语。新方法自然适用于非线性和时间性的问题,因此可以用作开发新型隐含界面1D-3D方法的参考方法,以及用于设计嵌入管网方法的核查基准。通过明确解决这些区域之间的界面已证明非常有效,但只是从数学角度分析了线性水问题。使用两种应用设想方案,即从共同的透析面组织模型中测量了我们一些不透析的土壤测量方法。

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