Arnold Reusken – författare

There are several physico-chemical processes that determine the behavior of multiphase fluid systems – e.g., the fluid dynamics in the different phases and the dynamics of the interface(s), mass transport between the fluids, adsorption effects at the interface, and transport of surfactants on the interface – and result in heterogeneous interface properties. In general, these processes are strongly coupled and local properties of the interface play a crucial role. A thorough understanding of the behavior of such complex flow problems must be based on physically sound mathematical models, which especially account for the local processes at the interface.

This book presents recent findings on the rigorous derivation and mathematical analysis of such models and on the development of numerical methods for direct numerical simulations. Validation results are based on specifically designed experiments using high-resolution experimental techniques. A special feature of this book is its focus on an interdisciplinary research approach combining Applied Analysis, Numerical Mathematics, Interface Physics and Chemistry, as well as relevant research areas in the Engineering Sciences. The contributions originated from the joint interdisciplinary research projects in the DFG Priority Programme SPP 1506 “Transport Processes at Fluidic Interfaces.”

Dieses Lehrbuch bietet eine Einführung in alle wesentlichen grundlegenden numerischen Methodenbausteine, wobei in einem abschliessenden Kapitel die Kombination dieser Bausteine anhand komplexerer Anwendungsbeispiele illustriert wird. Den einzelnen Themen wird eine durch zahlreiche Beispiele untermauerte Diskussion der Begriffe Kondition und Stabilität vorausgeschickt, die dann als verbindende Orientierungslinie dienen. Ebenso wie die gestaffelte Aufbereitung der Themen, wobei einfachen Grundelementen überspringbare vertiefende Abhandlungen folgen, soll dies helfen, einen Grad von Anwendungs- und Beurteilungsverständnis zu entwickeln, das ein steigender und flexibler Einsatzbedarf numerischer Methoden in Ingenieur- und Naturwissenschaften erfordert. Je nach Ausbaustufe kann daher das Buch sowohl als Grundlage einer einsemestrigen einführenden als auch einer weiterführenden Numerik-Vorlesung im Ingenieurstudium dienen und eignet sich darüber hinaus für die Numerikausbildung im Mathematikstudium.

Dieses Lehrbuch bietet eine Einführung in alle wesentlichen grundlegenden numerischen Methodenbausteine, wobei in einem abschliessenden Kapitel die Kombination dieser Bausteine anhand komplexerer Anwendungsbeispiele illustriert wird. Den einzelnen Themen wird eine durch zahlreiche Beispiele untermauerte Diskussion der Begriffe Kondition und Stabilität vorausgeschickt, die dann als verbindende Orientierungslinie dienen. Ebenso wie die gestaffelte Aufbereitung der Themen, wobei einfachen Grundelementen überspringbare vertiefende Abhandlungen folgen, soll dies helfen, einen Grad von Anwendungs- und Beurteilungsverständnis zu entwickeln, das ein steigender und flexibler Einsatzbedarf numerischer Methoden in Ingenieur- und Naturwissenschaften erfordert. Je nach Ausbaustufe kann daher das Buch sowohl als Grundlage einer einsemestrigen einführenden als auch einer weiterführenden Numerik-Vorlesung im Ingenieurstudium dienen und eignet sich darüber hinaus für die Numerikausbildung im Mathematikstudium.

This book is the first monograph providing an introduction to and an overview of numerical methods for the simulation of two-phase incompressible flows. The Navier-Stokes equations describing the fluid dynamics are examined in combination with models for mass and surfactant transport. The book pursues a comprehensive approach: important modeling issues are treated, appropriate weak formulations are derived, level set and finite element discretization techniques are analyzed, efficient iterative solvers are investigated, implementational aspects are considered and the results of numerical experiments are presented. The book is aimed at M Sc and PhD students and other researchers in the fields of Numerical Analysis and Computational Engineering Science interested in the numerical treatment of two-phase incompressible flows.