基于修正Cahn-Hilliard方程的生物膜流动并行模拟
数值分析
2018-11-30 v1
摘要
我们给出了修正Cahn-Hilliard方程在含水环境中生物膜模拟的2D并行实现。生物膜是由多种不同组分构成的附着微生物群落，可具有正面与负面效应。它们可用于生物修复，但也是大多数慢性感染的成因。正因如此我们对其展开研究。由于其组成主要为水，我们选择将其建模为不可压缩流体。我们采用了基于修正Cahn-Hilliard方程与Flory-Huggins能量密度的粘弹性相分离模型。我们给出了模拟结果，展示了由于流经生物膜而导致生物膜突起从基底生物膜层脱离的现象。并行化通过PETSc（可移植可扩展科学计算工具包）实现，具体使用了PETSc内的DMDA抽象层。DMDA为结构化网格离散所导出的线性系统求解提供了有用接口。我们通过强缩放测试评估了该实现的并行性能，并计算出不同网格规模下的加速比。
引用
@article{arxiv.1811.11842,
title = {Parallel Simulations of Biofilm Flow Using the Modified Cahn-Hilliard Equation},
author = {Nathan McClanahan and Nicholas Stegmeier and Rylee Sundermann and Jeffrey Doom and Jung-Han Kimn},
journal= {arXiv preprint arXiv:1811.11842},
year = {2018}
}
备注
12 pages, 5 figures