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0000-0001-9240-3517 0000-0003-1626-5858 0000-0001-6213-8783 PubMed: 33633493 WOS:000613719800001 This study develops a modelling framework for simulating the spread of infectious diseases within real cities. Digital copies of Birmingham (UK) and Bogota (Colombia) are generated, reproducing their urban environment, infrastructure and population. The digital inhabitants have the same statistical features of the real population. Their motion is a combination of predictable trips (commute to work, school, etc.) and random walks (shopping, leisure, etc.). Millions of individuals, their encounters and the spread of the disease are simulated by means of high-performance computing and massively parallel algorithms for several months and a time resolution of 1 minute. Simulations accurately reproduce the COVID-19 data for Birmingham and Bogota both before and during the lockdown. The model has only one adjustable parameter calculable in the early stages of the pandemic. Policymakers can use our digital cities as virtual laboratories for testing, predicting and comparing the effects of policies aimed at containing epidemics. Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC)UK Research & Innovation (UKRI)Engineering & Physical Sciences Research Council (EPSRC) [EP/S019227/1]; EPSRCUK Research & Innovation (UKRI)Engineering & Physical Sciences Research Council (EPSRC) [EP/P020232/1] This work was supported by the Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) grant no. EP/S019227/1. The computations described in this paper were performed using (i) University of Birmingham's BlueBEAR HPC service and (ii) Athena at HPC Midlands+ (funded by the EPSRC with grant no. EP/P020232/1).

LAMMPS is a powerful simulator originally developed for molecular dynamics that, today, also accounts for other particle-based algorithms such as DEM, SPH, or Peridynamics. The versatility of this software is further enhanced by the fact that it is open-source and modifiable by users. This property suits particularly well Discrete Multiphysics and hybrid models that combine multiple particle methods in the same simulation. Modifying LAMMPS can be challenging for researchers with little coding experience. The available material explaining how to modify LAMMPS is either too basic or too advanced for the average researcher. In this work, we provide several examples, with increasing level of complexity, suitable for researchers and practitioners in physics and engineering, who are familiar with coding without been experts. For each feature, step by step instructions for implementing them in LAMMPS are shown to allow researchers to easily follow the procedure and compile a new version of the code. The aim is to fill a gap in the literature with particular reference to the scientific community that uses particle methods for (discrete) multiphysics.

El presente artículo plantea y soluciona el problema de síntesis de posición y velocidad de mecanismos de cuatro barras empleando diseño óptimo dimensional e implementando algoritmos de optimización no-lineal (Programación Cuadrática Secuencial-SQP). El problema de optimización se define acorde al tipo de síntesis necesaria: que puede ser generación de trayectoria, de función o de velocidad. Esta última con síntesis implícita o explicita de trayectoria. La exactitud del algoritmo es evaluada mediante el desarrollo de cuatro casos de estudio. El problema de optimización definido, junto con el algoritmo de búsqueda empleado permite alcanzar de forma simple y en pocas iteraciones la configuración más adecuada. El desarrollo de un problema de síntesis mixta de posición y velocidad, permitió validar la eficiencia del algoritmo.

El presente artículo estudia el método Streamline Upwind Petrov Galerkin como técnica de estabilización de la solución numérica de las ecuaciones diferenciales de advección-difusión-reacción; se analiza el método a la luz de la naturaleza no auto adjunta del operador diferencial convectivo y de las transformaciones necesarias para la estabilización de la solución por medio de la eliminación del efecto no autoadjunto inducido por el término convectivo. Se desarrollaron seis diversos ejemplos numéricos, los cuales incluyen problemas de coeficientes variables, altamente convectivos, fuertemente reactivos, sistemas de ecuaciones diferenciales y soluciones transitorias. Se encuentra un excelente desempeño de esta técnica de estabilización para todos los casos anteriormente mencionados, exceptuando los problemas con términos reactivos fuertes.

Este artículo presenta un análisis de la pertinencia de la implementación de sistemas de generación distribuida en Colombia. Se exploran diferentes experiencias de adopción de este tipo de esquemas de generación en varios países, haciendo énfasis especial en los resultados económicos, ambientales, y de mejora en la confiabilidad del suministro eléctrico, reportados por diferentes autores. Se presenta también una caracterización del sector eléctrico colombiano, a través de una síntesis histórica de su evolución hasta su estado actual. Finalmente se comparan los casos mostrados con el estado actual del sector eléctrico nacional, definiendo ventajas y desventajas de la implantación de la generación distribuida en Colombia, así como condiciones necesarias para un posicionamiento efectivo y permanente de estas tecnologías en esquemas energéticos similares al colombiano. Se concluye acerca de la posibilidad de implementación de sistemas de generación distribuida bajo condiciones de estímulo estatal para el desarrollo de tecnologías de generación basadas en energías renovables y cogeneración.

En la digitalización 3D del rodete del compresor centrífugo de un turbo cargador HT3B, se evaluaron numerosas metodologías que permitieran reproducir su geometría satisfactoriamente, de modo que a partir del modelo virtual obtenido se pudiera llevar a cabo una simulación computacional de flujo en el compresor centrífugo. Tras analizar dichas metodologías se decidió que la toma de tomografías axiales computarizadas era la más indicada, a pesar de que requirió previamente la construcción de un modelo en acrílico del rodete. Una vez se contó con las tomografías axiales computarizadas del rodete, se procedió a construir el modelo virtual del mismo usando un programa CAD 3D, integrando una metodología analítica para la generación de la geometría de los álabes del rodete de un compresor centrífugo, con la información metrológica adquirida a través de las tomografías. El modelo virtual del rodete presentó características aptas para el posterior trabajo de simulación, demostrando que el procedimiento planteado constituye una alternativa viable para la digitalización 3D de piezas mecánicas de alta complejidad.In the 3D digitizing of an HT3B turbocharger's centrifugal compressor's impeller, several methodologies were evaluated, reproducing its shape in such a way, that the obtained virtual model could be used to perform a computational flow simulation in the whole centrifugal compressor. After analyzing these methodologies, computerized axial tomographies were chosen as the most suitable methodology, despite requiring the previous construction of an impeller's acrylic-made model. Once the impeller's computerized axial tomographies had been taken, the generation of the virtual model was performed by software CAD 3D, by integrating an analytic methodology for the impeller's vanes' geometrical shape generation, with the metrological information extracted from the tomographies. The virtual model generated presented characteristics which made it appropriate for the intended flow simulation, showing that the procedure used for this purpose constitutes a feasible alternative for the 3D digitizing of complex mechanical parts.

The present article's object is to present the mathematical foundations of topological optimisation aimed at carrying out a study of bone regeneration. Bone structure can be economically adopted to different mechanical demands responding to topological optimisation models (having "minimum" mass and "high" resistance). Such analysis is essential for formulating physical therapy in patients needing partial or total strengthening of a particular bone's tissue structure. A mathematical model is formulated, as are the methods for resolving it.

The present article’s object is to present the mathematical foundations of topological optimization aimed at carrying out a study of bone regeneration. Bone structure can be economically adapted to different mechanical demands responding to topological optimization models (having “minimum” mass and “high” resistance). Such analysis is essential for formulating physical therapy in patients needing partial or total strengthening of a particular bone’s tissue structure. A mathematical model is formulated, as are the methods for resolving it.

La inestabilidad en la combustión es una condición indeseada en algunos sistemas de combustión como en turbinas de gas por ejemplo. Se refiere a la presencia autogenerada de oscilaciones en la presión que pueden afectar a la cámara de combustión y de paso llegar a generar ruido. Una reciente tendencia generalizada en los procesos de combustión apunta al uso de mezclas pobres para la reducción de contaminantes, no obstante que este tipo de mezclas son más susceptibles a la inestabilidad en la combustión. Las complicadas relaciones que gobiernan el fenómeno se pueden resumir como el acoplamiento entre la llama y la acústica del sistema. En el presente trabajo se presenta un planteamiento numérico que permite aproximarse al fenómeno a través de la solución de un modelo de combustión básico implementado computacionalmente. En este modelo se simula una autoexcitación del sistema a través de oscilaciones en la entrada de flujos de reactantes. Finalmente, se comparan los resultados de la simulación numérica con otras simulaciones y datos experimentales.

El presente artículo presenta el procedimiento llevado a cabo para simular el flujo de aire en un compresor centrífugo HOLSET HT3B por medio de FLUENT® y GAMBIT®, paquetes de CFD (Computer Fluid Dynamics) basados en la técnica de volúmenes finitos. Inicialmente se presentan algunas consideraciones importantes que deben tenerse en cuenta al usar las herramientas que este método ofrece para la simulación de flujos. Posteriormente se describirá el proceso seguido para obtener los resultados preliminares de la simulación y se discutirán brevemente las características más relevantes de los mismos. Es importante mencionar que este artículo hace referencia a la simulación inicial del flujo en el compresor mencionado, y que uno de sus principales aportes es el de hacer recomendaciones para la realización del ajuste de los parámetros de operación escogidos.

En la digitalizacion 3D del rodete del compresor centrifugo de un turbo cargador HT3B, se evaluaron numerosas metodologias que permitieran reproducir su geometria satisfactoriamente, de modo que a partir del modelo virtual obtenido se pudiera llevar a cabo una simulacion computacional de flujo en el compresor centrifugo. Tras analizar dichas metodologias se decidio que la toma de tomografias axiales computarizadas era la mas indicada, a pesar de que requirio previamente la construccion de un modelo en acrilico del rodete. Una vez se conto con las tomografias axiales computarizadas del rodete, se procedio a construir el modelo virtual del mismo usando un programa CAD 3D, integrando una metodologia analitica para la generacion de la geometria de los alabes del rodete de un compresor centrifugo, con la informacion metrologica adquirida a traves de las tomografias. El modelo virtual del rodete presento caracteristicas aptas para el posterior trabajo de simulacion, demostrando que el procedimiento planteado constituye una alternativa viable para la digitalizacion 3D de piezas mecanicas de alta complejidad.

A simplified modelling technique for modelling viscoelastic fluids is proposed from the perspective of Discrete Multiphysics. This approach, based on the concept of linear additive composition of energy potentials, aims to integrate Smooth Particle Hydrodynamics (SPH) with an equivalent elastic potential tailored for fluid flow simulations. The model was implemented using a particle-based software, explored and thoroughly validated with results from numerical experiments on three different flow conditions. The model was able to successfully capture a large extent of viscoelastic responses to external forcing, ranging from pure viscous flows to creep-dominated Bingham type of behaviour. It is concluded that, thanks to the modularity and tunable characteristics of the parameters involved, the proposed modelling approach can be a powerful simulation tool for modelling or mimicking the behaviour of viscoelastic substances.