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【2h】

An alternative smooth particle hydrodynamics formulation to simulate chemotaxis in porous media

机译：模拟多孔介质中趋化性的另一种光滑粒子流体动力学公式

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Chemotaxis, the microorganisms autonomous motility along or against the concentration gradients of a chemical species, is an important, yet often neglected factor controlling the transport of bacteria through saturated porous media. For example, chemotactic bacteria could enhance bioremediation by directing their own motion to residual contaminants trapped in low hydraulic conductive zones of contaminated aquifers. The aim of the present work is to develop an accurate numerical scheme to model chemotaxis in saturated porous media and other advective dominating flow systems. We propose to model chemotaxis by using a new class of meshless Lagrangian particle methods we recently developed for applications in fluid mechanics. The method is based on the Smooth Particle Hydrodynamics (SPH) formulation of (Ben Moussa et al., Int Ser Numer Math, 13(1):29–62, ), combined with a new Weighted Essentially Non-Oscillatory (WENO) reconstruction technique on moving point clouds in multiple space dimensions. The purpose of this new numerical scheme is to fully exploit the advantages of SPH among traditional mesh-based and mesh-free schemes and to overcome drawbacks related to the use of standard SPH for modeling chemotaxis in porous media. First, we test the new scheme against analytical reference solutions. Then, under the assumption of complete mixing at the Darcy scale, we perform two-dimensional conservative solute transport simulations under steady-state flow conditions, to show the capability of the proposed new scheme to model chemotaxis.
机译：趋化性是微生物沿着或对抗化学物质的浓度梯度的自主运动，是控制细菌通过饱和多孔介质运输的重要但经常被忽略的因素。例如，趋化细菌可以通过将其自身的运动定向到捕获在受污染含水层低水力传导区域中的残留污染物来增强生物修复作用。本工作的目的是开发一种精确的数值方案，以模拟饱和多孔介质和其他对流主导流系统中的趋化作用。我们建议使用最近开发的用于流体力学的新型无网格拉格朗日粒子方法对趋化性进行建模。该方法基于（Ben Moussa等人，Int Ser Numer Math，13（1）：29–62，）的光滑粒子流体动力学（SPH）公式，并结合了新的加权基本非振荡（WENO）重建空间多个维度上的移动点云技术。此新数值方案的目的是充分利用SPH在传统的基于网格和无网格方案中的优势，并克服与使用标准SPH建模多孔介质中趋化性相关的缺点。首先，我们针对分析参考解决方案测试新方案。然后，在达西（Darcy）规模完全混合的假设下，我们在稳态流动条件下进行了二维保守溶质迁移模拟，以显示所提出的新方案对趋化性进行建模的能力。

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