Počítačové modelování difúzního transportu v hydrogelech
Loading...
Date
Authors
Koláček, Jakub
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Tato diplomová práce se zaměřuje na návrh modelů použitelných pro simulaci pohybu částice ve viskoelastickém prostředí v programu COMSOL Multiphysics. Pro návrh těchto modelů byly zvoleny dva přístupy: prvním je návrh geometrie reprezentující porézní strukturu hydrogelů a druhým implementace viskoelasticity s využitím matematického konceptu kontinuálního prostředí. V rámci práce jsou prezentovány dva základní geometrické modely – trojrozměrná periodická mřížka a model koulí v objemu. Dále jsou prozkoumány možnosti implementace zobecněné Langevinovy rovnice do programu COMSOL Multiphysics, a to využitím rozhraní pro vlastní parciální diferenciální rovnice, přidáním další závislé proměnné nebo definováním externí funkce v jazyce C. Vybrané přístupy byly podrobeny hlubší analýze a vzorovým simulacím. Navržené geometrické modely se neukázaly jako vhodné pro simulaci viskoelastického prostředí. Jako nejslibnější se jeví implementace pomocí externí funkce, která nabízí nejvíce možností přizpůsobení a její implementace reflektuje teoretické základy. Součástí práce je i vlastní rozšíření Langevin Dynamics Toolbox pro program COMSOL Multiphysics usnadňující vyhodnocování dat ze simulací a upravený Python skript pro výpočet komplexního smykového modulu z MSD dat.
This thesis focuses on the design of models applicable to the simulation of particle motion in a viscoelastic environment in COMSOL Multiphysics. Two approaches have been chosen for the design of these models: the first is the design of a geometry representing the porous structure of hydrogels and the second is the implementation of viscoelasticity using the mathematical concept of a continuous environment. Two elementary geometrical models are presented in this work – a three-dimensional periodic lattice and a spherical volume model. Furthermore, the possibilities of implementing the generalized Langevin equation in COMSOL Multiphysics are explored by using the interface for custom partial differential equations, by adding an auxiliary dependent variable, or by defining a custom external function written in the C language. The proposed geometric models did not prove to be suitable for the simulation of viscoelastic environment. An implementation using an external function seems to be the most promising, as it offers the most customization possibilities, and its implementation reflects the theoretical foundations. The thesis also includes a custom add-in written for COMSOL Multiphysics to facilitate the evaluation of simulation data and a modified Python script to calculate the complex shear modulus from MSD data.
This thesis focuses on the design of models applicable to the simulation of particle motion in a viscoelastic environment in COMSOL Multiphysics. Two approaches have been chosen for the design of these models: the first is the design of a geometry representing the porous structure of hydrogels and the second is the implementation of viscoelasticity using the mathematical concept of a continuous environment. Two elementary geometrical models are presented in this work – a three-dimensional periodic lattice and a spherical volume model. Furthermore, the possibilities of implementing the generalized Langevin equation in COMSOL Multiphysics are explored by using the interface for custom partial differential equations, by adding an auxiliary dependent variable, or by defining a custom external function written in the C language. The proposed geometric models did not prove to be suitable for the simulation of viscoelastic environment. An implementation using an external function seems to be the most promising, as it offers the most customization possibilities, and its implementation reflects the theoretical foundations. The thesis also includes a custom add-in written for COMSOL Multiphysics to facilitate the evaluation of simulation data and a modified Python script to calculate the complex shear modulus from MSD data.
Description
Citation
KOLÁČEK, J. Počítačové modelování difúzního transportu v hydrogelech [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2024.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
bez specializace
Comittee
doc. Ing. Zdenka Kozáková, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc. (předseda)
doc. Ing. Viera Jančovičová, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Michal Veselý, CSc. (místopředseda)
prof. Ing. Marián Lehocký, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Dzik, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2024-05-20
Defence
Obhajoba diplomové práce proběhla podle následujícího schématu: prezentace studenta-vyjádření vedoucí/ho-oponentský posudek-reakce na posudek-diskuse s komisí. Student přednesl výborný výtah výsledků své práce, řádně zodpověděl všechny dotazy oponentské i členů komise, pohotově reagoval na připomínky. V diskusi tak student prokázal výbornou schopnost orientace v teoretických i praktických základech problematiky práce. Komise zhodnotila jeho práci celkově jako výbornou.
Kozáková: Jak moc složité je přidat do modelu jiné typy interakcí?
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení