Generic Monte Carlo Tool for Kinetic Modeling

2001 ◽  
Vol 40 (2) ◽  
pp. 522-529 ◽  
Author(s):  
David J. Dooling ◽  
Linda J. Broadbelt
Keyword(s):  
Monte Carlo ◽  
Kinetic Modeling

scholarly journals A Novel Kinetic Modeling Framework for the Polycondensation of Sugars Using Monte Carlo and the Method of Moments

Processes ◽  
2021 ◽  
Vol 9 (5) ◽  
pp. 745
Author(s):  
Dimitrios Meimaroglou ◽  
Sandrine Hoppe ◽  
Baptiste Boit
Keyword(s):  
Monte Carlo ◽  
Kinetic Modeling ◽  
Method Of Moments ◽  
Kinetic Monte Carlo ◽  
Kinetic Scheme ◽  
Modeling Framework ◽  
Industrial Sectors ◽  
The Monte Carlo Method ◽  
Reacting Systems ◽  
High Degree

The kinetics of the hydrolysis and polycondensation reactions of saccharides have made the subject of numerous studies, due to their importance in several industrial sectors. The present work, presents a novel kinetic modeling framework that is specifically well-suited to reacting systems under strict moisture control that favor the polycondensation reactions towards the formation of high-degree polysaccharides. The proposed model is based on an extended and generalized kinetic scheme, including also the presence of polyols, and is formulated using two different numerical approaches, namely a deterministic one in terms of the method of moments and a stochastic kinetic Monte Carlo approach. Accordingly, the most significant advantages and drawbacks of each technique are clearly demonstrated and the most fitted one (i.e., the Monte Carlo method) is implemented for the modeling of the system under different conditions, for which experimental data were available. Through these comparisons it is shown that the model can successfully follow the evolution of the reactions up to the formation of polysaccharides of very high degrees of polymerization.

scholarly journals Advanced deterministic and stochastic kinetic modeling of gaseous microscale transport phenomena

2019 ◽  
Author(s):  
Γεώργιος Τάτσιος
Keyword(s):  
Monte Carlo ◽  
Kinetic Modeling ◽  
Transport Phenomena ◽  
Navier Stokes ◽  
Microscale Transport

Η θεωρητική και υπολογιστική μελέτη φαινομένων μεταφοράς μακριά από τη θερμοδυναμική ισορροπία σε καταστάσεις υψηλής αραιοποίησης είναι ένας από τους πιο ενδιαφέροντες και απαιτητικούς κλάδους της μηχανικής και της φυσικής. Αυτό το πεδίο έρευνας αποκτά όλο και περισσότερη προσοχή τα τελευταία χρόνια, καθώς τέτοιες καταστάσεις απαντώνται σε ένα μεγάλο εύρος εφαρμογών, από μικροδιατάξεις όπως επιταχυνσιόμετρα και μικρό χρωματογράφους έως μεγάλης κλίμακας δίκτυα μεταφοράς αερίων σε αντιδραστήρες σύντηξης και επιταχυντές σωματιδίων. Η συμπεριφορά των αερίων σε καταστάσεις υψηλής αραιοποίησης δεν μπορεί να περιγραφεί από τις συμβατικές προσεγγίσεις της ρευστοδυναμικής που βασίζονται στις εξισώσεις Navier-Stokes-Fourier λόγω του περιορισμένου αριθμού των συγκρούσεων μεταξύ των μορίων του αερίου που οδηγεί σε μεγάλες αποκλίσεις από την θερμοδυναμική ισορροπία. Η μοντελοποίηση φαινομένων σε τέτοιες συνθήκες βασίζεται στην κινητική θεωρία των αερίων μέσω της εξίσωσης Boltzmann. Αυτό αυξάνει σημαντικά την πολυπλοκότητα και το υπολογιστικό κόστος αυτών των προσομοιώσεων. Στην παρούσα διατριβή, οι κινητικές προσομοιώσεις γίνονται χρησιμοποιώντας τις, πλέον καθιερωμένες ντετερμινιστικές και στοχαστικές μεθόδους, αυτές των διακριτών ταχυτήτων (DVM) και της απευθείας προσομοίωσης Monte Carlo (DSMC). Καινοτόμες επεκτάσεις εισάγονται και για τις δύο αυτές μεθοδολογίες και η ακρίβεια και αποδοτικότητά τους παρουσιάζονται λύνοντας κάποια πρότυπα προβλήματα του κλάδου της αραιοποιημένης θερμορευστοδυναμικής. Στη συνέχεια οι προσεγγίσεις αυτές εφαρμόζονται για την μελέτη και κατανόηση της φυσικής πίσω από κάποια απρόσμενα και παράδοξα φαινόμενα που παρατηρούνται σε διατάξεις ροής και μεταφοράς θερμότητας σε καταστάσεις υψηλής αραιοποίησης. Επιπλέον, κάνοντας χρήση αποδοτικών και πρωτοπόρων υπολογιστικών προσεγγίσεων γίνεται υπολογιστική μελέτη ροής και μεταφοράς θερμότητας σε διατάξεις που απαντώνται σε μικροηλεκτρομηχανολογικά εξαρτήματα και σε συσκευές που λειτουργούν σε περιβάλλον χαμηλής πίεσης. Οι καινοτομίες στις αριθμητικές μεθοδολογίες που χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με τη μέθοδο διακριτών ταχυτήτων περιλαμβάνουν την ανάπτυξη και εφαρμογή α) ενός ημι-αναλυτικού αριθμητικού σχήματος που βασίζεται στην μέθοδο των χαρακτηριστικών για την επίλυση των κινητικών εξισώσεων υπό την επίδραση εξωτερικών πεδίων δυνάμεων, β) ενός σχήματος προέλασης για την επίλυση των κινητικών εξισώσεων σε αδόμητα πλέγματα και περίπλοκες γεωμετρίες, γ) και ενός αριθμητικού σχήματος επιτάχυνσης της σύγκλισης της μεθόδου διακριτών ταχυτήτων που επιδρά και στους οριακούς κόμβους και βασίζεται σε ημιάπειρες ροπές. Η καινοτομία σε συνδυασμό με την μέθοδο απευθείας προσομοίωσης Monte Carlo περιλαμβάνει τη διάσπαση της λύσης σε δύο επιμέρους τμήματα που αντιστοιχούν στα σωματίδια που φτάνουν σε κάποιο σημείο του πεδίου με και χωρίς ενδομοριακές αλληλεπιδράσεις. Γίνεται εφαρμογή της κινητικής θεωρίας στον σχεδιασμό συσκευών και διατάξεων που λειτουργούν σε συνθήκες υψηλής αραιοποίησης. Βρίσκεται το εύρος εφαρμογής, σε σχέση με τις παραμέτρους της ροής, των λεγόμενων πεπλεγμένων οριακών συνθηκών σε ροές λόγω κλίσης πίεσης. Γίνεται, επίσης, μία λεπτομερής παραμετρική ανάλυση διαφόρων διατάξεων που απαντώνται στον σχεδιασμό μικρο-αντλιών χωρίς κινούμενα μέρη. Τέλος, γίνεται ανάλυση αβεβαιότητας σε τυπικές διατάξεις ροής και μεταφοράς θερμότητας.

Evaluation of the interindividual human variation in bioactivation of methyleugenol using physiologically based kinetic modeling and Monte Carlo simulations

2015 ◽  
Vol 283 (2) ◽  
pp. 117-126 ◽  
Author(s):  
Ala′ A.A. Al-Subeihi ◽  
Wasma Alhusainy ◽  
Reiko Kiwamoto ◽  
Bert Spenkelink ◽  
Peter J. van Bladeren ◽  
...  
Keyword(s):  
Monte Carlo ◽  
Monte Carlo Simulations ◽  
Kinetic Modeling ◽  
Human Variation ◽  
Physiologically Based

scholarly journals Structural and Practical Identifiability of Dual-input Kinetic Modeling in Dynamic PET of Liver Inflammation

2018 ◽  
Author(s):  
Yang Zuo ◽  
Souvik Sarkar ◽  
Michael T. Corwin ◽  
Kristin Olson ◽  
Ramsey D. Badawi ◽  
...  
Keyword(s):  
Monte Carlo Simulation ◽  
Monte Carlo ◽  
Kinetic Model ◽  
Portal Vein ◽  
Kinetic Modeling ◽  
Input Function ◽  
Model Parameters ◽  
Dynamic Pet ◽  
Liver Inflammation ◽  
Practical Identifiability

AbstractDynamic 18F-FDG PET with tracer kinetic modeling has the potential to noninvasively evaluate human liver inflammation using the FDG blood-to-tissue transport rate K1. Accurate kinetic modeling of dynamic liver PET data and K1 quantification requires the knowledge of dual-blood input function from the hepatic artery and portal vein. While the arterial input function can be derived from the aortic region on dynamic PET images, it is difficult to extract the portal vein input function accurately from PET. The optimization-derived dual-input kinetic modeling approach has been proposed to overcome this problem by jointly estimating the portal vein input function and FDG tracer kinetics from time activity curve fitting. In this paper, we further characterize the model properties by analyzing the structural identifiability of the model parameters using the Laplace transform and practical identifiability using Monte Carlo simulation based on fourteen patient datasets. The theoretical analysis has indicated that all the kinetic parameters of the dual-input kinetic model are structurally identifiable, though subject to local solutions. The Monte Carlo simulation results have shown that FDG K1 can be estimated reliably in the whole-liver region of interest with reasonable bias, standard deviation, and high correlation between estimated and original values, indicating of practical identifiability of K1. The result has also demonstrated the correlation between K1 and histological liver inflammation scores is reliable. FDG K1 quantification by the optimization-derived dual-input kinetic model is promising for assessing liver inflammation.

Molecule-based kinetic modeling by Monte Carlo methods for heavy petroleum conversion

2013 ◽  
Vol 56 (11) ◽  
pp. 1608-1622 ◽  
Author(s):  
Luís Pereira de Oliveira ◽  
Jan J. Verstraete ◽  
Max Kolb
Keyword(s):  
Monte Carlo ◽  
Kinetic Modeling ◽  
Monte Carlo Methods ◽  
Heavy Petroleum

Outbursts of comet Schwassmann-Wachmann 1, and the cloud of interplanetary boulders

1974 ◽  
Vol 22 ◽  
pp. 307 ◽  
Author(s):  
Zdenek Sekanina
Keyword(s):  
Monte Carlo ◽  
Monte Carlo Method ◽  
Interplanetary Space ◽  
Porous Matrix ◽  
Maximum Diameter ◽  
Expansion Velocity ◽  
Solid Constituent ◽  
Meteoric Material ◽  
Periodic Comet

AbstractIt is suggested that the outbursts of Periodic Comet Schwassmann-Wachmann 1 are triggered by impacts of interplanetary boulders on the surface of the comet’s nucleus. The existence of a cloud of such boulders in interplanetary space was predicted by Harwit (1967). We have used the hypothesis to calculate the characteristics of the outbursts – such as their mean rate, optically important dimensions of ejected debris, expansion velocity of the ejecta, maximum diameter of the expanding cloud before it fades out, and the magnitude of the accompanying orbital impulse – and found them reasonably consistent with observations, if the solid constituent of the comet is assumed in the form of a porous matrix of lowstrength meteoric material. A Monte Carlo method was applied to simulate the distributions of impacts, their directions and impact velocities.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document