大多数过程在自然和工程系统本质上涉及流和运输。从原子到星系,从无机反应生物体,从海洋到河床,流和运输过程发生在一个广泛的物理应用。应用领域包括地下水污染,碳封存,空气污染、石油勘探和恢复,天气预报,药物输送,材料设计、化工分离过程、自然灾害评估等。由于它的重要性在感兴趣的各种问题,准确和高效的流动数值模拟和运输是至关重要的。

兴趣流的数值模拟和传输机制增加了近年来随着快速增加计算能力。壮观的进步计算机性能和新兴技术的并行分布式网格和GPU计算流量和交通建模提供了工具来模拟和研究复杂现象。然而,有效的数值算法,新的数学公式,和先进的计算技术要求如果研究人员要充分利用这一进展和解决新的和现有挑战流和交通建模与仿真。一个特别的挑战需要建模者合成不同时间和空间尺度上的流动和传输机制运作。纳米尺度的变化往往是快速,而地质变化发生在更大的时间尺度。因此,最优的算法集不需要对于另一个问题。与每个相关的物理过程和通常的空间和时间尺度是耦合的,要求一个全球的方法来开发适当的数值算法。例如,流动的数值算法过程应该在本地保存质量,但当务之急是这样如果流模型耦合传输模型。时间集成纳米尺度的模拟方法必须被纳入集成方法用于大尺度。的例子不胜枚举。

论文提出了特刊的封面最先进的模拟流和运输问题;他们代表正在进行的研究项目在各种重要的话题相关的建模和计算流程和运输。特别是,这个特殊的问题关注的四个重要方面复杂的流动和运输:(1)多孔介质流和运输,(2)耦合传热的流和运输,(3)流和运输在化学,生物,和社会系统,(4)新流的数值算法应对挑战和交通仿真。下面我们列出的四个领域。

多孔介质流和运输是对社区的兴趣,因为它在石油生产和环境保护的重要性。一组文件地址在这方面的各种问题。本文题为 “断裂数值模拟污染物运输多孔的多孔岩溶含水层”包含一个分析污染物传输数学模型的断裂的多孔的多孔介质。结果显示不同分布的岩穴和骨折如何影响废水的污染物运输和出口浓度。本文题为 “并行随机储层特征和历史匹配框架,“作者考虑参数的空间分布,描述地下多孔介质,他们提供了一个高效、准确、并行框架估算储层参数。方法使用测量数据推断相压力等阶段的浓度,通量,地震和测井数据。本文题为 “平流扩散方程的解析解在有限域及其应用实验”建模的研究污染物传输通过饱和多孔介质在平行板几何均匀流。平流扩散方程的通解提供了多孔介质,用于检查实验数据获得通过非侵入性技术。在 ”效应的重力和进口/出口位置在多孔介质两相平行自吸,“作者使用一个二维数值模拟工具调查重力和进口/出口位置影响两相多孔介质并自吸。三种不同情况下的侧、顶,并被认为是bottom-inlet位置。

另一组的论文包含分析和运输加上传热流动。将传热纳入一个流和运输系统通常需要额外的能量平衡方程。完全耦合流动模型、运输和传热强化技术的传热是有用的,在那里,例如,横向湍流器是用来增强传热速率降低表面附近的热阻。本文题为 “水强制对流的数值分析渠道与不同形状的横向肋骨”地址这一特定应用程序与一个数值调查水湍流强制对流的肋通道。一个非常现实的案例研究包括在篇名为 “数值研究发电厂冷却水流量的影响在蒙得维的亚湾”,作者提出了一个基于有限元数值模拟的影响电厂冷却水对整个水温在拉普拉塔河河和蒙得维的亚湾。热磁对流的模拟在不同加热广场腔使用单一弛豫时间晶格玻尔兹曼方法是本文的重点 “热磁对流的模拟腔用晶格玻尔兹曼模式。”这些模型是重要的理解与微电子设备相关的冷却过程,它们变得越来越无处不在的每一天。本文题为 “辐射对流混合在一个等温锥嵌入在多孔介质渗透率变量”包含一个交互的分析混合对流和热辐射光密度粘性流体毗邻一个等温锥嵌入多孔介质。

还有一个组地址流和传输机制的论文与化学相关的应用领域,生物和社会系统。在这些复杂的系统,流程和运输通常与其他现象。在 “化学汽相淀积的建模与仿真,”作者考虑一个化学系统,提出一种模型PE-CVD (plasma-enhanced化学气相沉积)过程对金属双盘子。他们还讨论了优化过程的非均匀层的沉积材料放在一个金属盘子里。研究生物系统 “数值模拟固体肿瘤血液灌注和药在“血管正常化窗口“抗血管新生疗法”,作者报道在血管正常化的影响在实体瘤血液灌注和药物交付使用生成的血管网络模拟。随机方法估算高速公路能力的重点 “实现高速公路的能力估计部分。”新方法预测高速公路对运输系统能力是必要的,要求增加人口密度成正比。论文的主体资格 “凹角材料流动的建模和分析供应链网络使用修改后的偏微分方程”物流在供应链。供应链网络最感兴趣的行业,但他们的研究是复杂的人类与网络的交互。作者开始论文审查的基本偏微分方程模型为供应链网络和遵循提出修改后的连续介质模型可重入的供应链。他们证明的有效性模型用数值例子。

有一批论文地址先进的数值方法,这是至关重要的解决与流动相关的许多挑战和交通仿真。在“ 一个稳定的混合有限元方法对单相可压缩流,”作者提出并研究稳定混合有限元方法通过多孔介质单相可压缩流。一个移动的粒子navier - stokes方程是解决方案 “发展议员粒子交互核函数的方法模拟不可压缩自由表面流。”作者研究内核函数,占移动粒子之间的相互作用在粒子方法框架。在 “多尺度多尺度多重物理量time-splitting战略过程的两相流媒体,骨折”时间多尺度分割策略来模拟多尺度多孔介质两相流的物理过程的断裂的提出和分析。这是特别有用,当处理快速变化的压力和饱和度通常与断裂系统与毛细现象有关。在 “自适应最优m-stage龙格-库塔方法求解reaction-diffusion-chemotaxis系统”作者提出了一种自适应最优时间步进战略明确m-stage龙格-库塔方法解决reaction-diffusion-chemotaxis系统。 “指数迭代分割方法:计算算法和应用程序”包含一个更一般的迭代分割方法的研究,并提出有效的算法来解决分割方案。

进步在理解流和运输和他们的交互与其他物理、化学、生物、和社会学过程强烈依赖充分性,精度,数值建模与仿真的效率。这个特殊的问题关注的四个重要方面流和运输和它突出了新的数值算法来解决传统流量和交通仿真的挑战。这个问题并不是一个详尽的收集和调查的所有当前的趋势在流和运输研究;许多额外的流动和运输存在的重要研究领域,包括,例如,不同流的耦合(例如,耦合斯托克斯和达西流),耦合流在不同的尺度和运输(如分子规模的运输,孔隙尺度,实验室规模,规模和现场),信息流(而不是物质流),和非线性流和运输(非牛顿流体、非达西流、等等)。空间限制阻止这些重要的话题,但我们希望他们将在未来解决特殊问题。