Luca Formaggia

Full Professor in Numerical Analysis Dip. di Matematica, Politecnico di Milano

Phone:+39 02 2399 4605
Fax: +39 02 2399 4568
Office: Ed. 14 - Nave - VII floor
Personal web page:

  • Available MOX Reports
  • Theses
  • Thesis Proposals
  • MOX Projects

Bernardi, M.s.; Africa, P.c.; De Falco, C.; Formaggia, L.; Menafoglio, A.; Vantini, S.
On the Use of Interfeometric Synthetic Aperture Radar Data for Monitoring and Forecasting Natural Hazards

Formaggia, L.; Scotti, A.; Fumagalli, A.
Numerical Methods for Flow in Fractured Porous Media

Fumagalli, A.; Scotti, A.; Formaggia, L.
Performances of the mixed virtual element method on complex grids for underground flow

Cerroni, D.; Formaggia, L.; Scotti, A.
A control problem approach to Coulomb's friction

Formaggia, L.; Gatti, F.; Zonca, S.
An XFEM/DG approach for fluid-structure interaction problems with contact

Delpopolo Carciopolo, L.; Cusini, M.; Formaggia, L.; Hajibeygi, H.
Algebraic dynamic multilevel method with local time-stepping (ADM-LTS) for sequentially coupled porous media flow simulation

Antonietti,p.f.; De Ponti, J.; Formaggia, L.; Scotti, A.
Preconditioning techniques for the numerical solution of flow in fractured porous media

Delpopolo Carciopolo, L.; Formaggia, L.; Scotti, A.; Hajibeygi, H.
Conservative multirate multiscale simulation of multiphase flow in heterogeneous porous media

Chave, F.; Di Pietro, D.a.; Formaggia, L.
A Hybrid High-Order method for passive transport in fractured porous media

Delpopolo Carciopolo L.; Bonaventura L.; Scotti A.; Formaggia L.
A conservative implicit multirate method for hyperbolic problems

Landajuela, M.; Vergara, C.; Gerbi, A.; Dede', L.; Formaggia, L.; Quarteroni, A.
Numerical approximation of the electromechanical coupling in the left ventricle with inclusion of the Purkinje network

Bertagna, L.; Deparis, S.;formaggia, L.; Forti, D.; Veneziani A.
The LifeV library: engineering mathematics beyond the proof of concept

Formaggia, F.; Vergara, C.
Defective boundary conditions for PDEs with applications in haemodynamics

Formaggia, L.; Vergara, C.; Zonca, S.
Unfitted Extended Finite Elements for composite grids

Giovanardi, B.; Formaggia, L.; Scotti, A.; Zunino P.
Unfitted FEM for modelling the interaction of multiple fractures in a poroelastic medium

Vergara, C.; Le Van, D.; Quadrio, M.; Formaggia, L.; Domanin, M.
Large Eddy Simulations of blood dynamics in abdominal aortic aneurysms

Formaggia, L.; Scotti, A.; Sottocasa, F.

Notaro, D.; Cattaneo, L.; Formaggia, L.; Scotti, A.; Zunino, P.
A Mixed Finite Element Method for Modeling the Fluid Exchange between Microcirculation and Tissue Interstitium

Giovanardi, B.; Scotti, A.; Formaggia, L.
A hybrid XFEM - Phase Field (Xfield) method for crack propagation in brittle materials

Zonca, S.; Formaggia, L.; Vergara, C.
An unfitted formulation for the interaction of an incompressible fluid with a thick structure via an XFEM/DG approach

Fumagalli, A.; Zonca, S.; Formaggia, L.
Advances in computation of local problems for a flow-based upscaling in fractured reservoirs

Fedele, M.; Faggiano, E.; Barbarotta, L.; Cremonesi, F.; Formaggia, L.; Perotto, S.
Semi-Automatic Three-Dimensional Vessel Segmentation Using a Connected Component Localization of the Region-Scalable Fitting Energy

Antonietti, P.f.; Formaggia, L.; Scotti, A.; Verani, M.; Verzotti, N.
Mimetic finite difference approximation of flows in fractured porous media

Giovanardi, B.; Scotti, A.; Formaggia, L.; Ruffo, P.
A general framework for the simulation of geochemical compaction

Agosti, A.; Formaggia, L.; Giovanardi, B.; Scotti, A.
Numerical simulation of geochemical compaction with discontinuous reactions

Dassi, F.; Perotto, S.; Formaggia, L.
A priori anisotropic mesh adaptation on implicitly defined surfaces

Bonomi, D.; Vergara, C.; Faggiano, E.; Stevanella, M.; Conti, C.; Redaelli, A.; Puppini, G.; Faggian, G.; Formaggia, L.; Luciani, G.b.
Influence of the aortic valve leaflets on the fluid-dynamics in aorta in presence of a normally functioning bicuspid valve

Giuliani, N.; Mola, A.; Heltai, L.; Formaggia,l.
FEM SUPG stabilisation of mixed isoparametric BEMs: application to linearised free surface flows

Agosti, A.; Formaggia, L.;scotti, A.
Analysis of a model for precipitation and dissolution coupled with a Darcy flux

Ferroni, A.; Formaggia, L.; Fumagalli, A.;
Numerical analysis of Darcy problem on surfaces

Antonietti, P; Panfili, P.; Scotti, A.; Turconi, L. ; Verani, M.; Cominelli,a.; Formaggia,l.
Optimal techniques to simulate flow in fractured reservoirs

Dassi, F.; Formaggia, L.; Zonca, S.
Degenerate Tetrahedra Recovering

Cattaneo, L.; Formaggia, L.; Iori G. F.; Scotti, A,; Zunino, P.
Stabilized extended finite elements for the approximation of saddle point problems with unfitted interfaces

Morlacchi, S.; Chiastra, C.; Cutrì, E.; Zunino, P.; Burzotta, F.; Formaggia, L.; Dubini, G.; Migliavacca, F.
Stent deformation, physical stress, and drug elution obtained with provisional stenting, conventional culotte and Tryton-based culotte to treat bifurcations: a virtual simulation study

Dassi, F.; Perotto, S.; Formaggia, L.; Ruffo, P.
Efficient geometric reconstruction of complex geological structures

Formaggia, L.; Fumagalli, A.; Scotti A.; Ruffo, P
A reduced model for Darcy s problem in networks of fractures

Formaggia, L.; Vergara, C.
Prescription of general defective boundary conditions in fluid-dynamics

Mengaldo, G.; Tricerri, P.; Crosetto,p.; Deparis, S.; Nobile, F.; Formaggia, L.
A comparative study of different nonlinear hyperelastic isotropic arterial wall models in patient-specific vascular flow simulations in the aortic arch

Formaggia, L.; Guadagnini, A.; Imperiali, I.; Lever, V.; Porta, G.; Riva, M.; Scotti, A.; Tamellini, L.
Global Sensitivity Analysis through Polynomial Chaos Expansion of a basin-scale geochemical compaction model

L. Formaggia, A. Quarteroni, C. Vergara
On the physical consistency of the coupling between three-dimensional compliant and one-dimensional problems in haemodynamics

Pischiutta, M.; Formaggia, L.; Nobile, F.
Mathematical modelling for the evolution of aeolian dunes formed by a mixture of sands: entrainment-deposition formulation

Formaggia, L.; Minisini, S.; Zunino, P.
Stent a rilascio di farmaco: una storia di successo per la matematica applicata

Pennati, G.; Dubini, G.; Migliavacca, F.; Corsini, C.; Formaggia, L.; Quarteroni,a.; Veneziani, A.
Multiscale Modelling with Application to Paediatric Cardiac Surgery

Tamellini, Lorenzo; Formaggia, Luca; Miglio, Edie; Scotti, Anna
An Uzawa iterative scheme for the simulation of floating boats

Formaggia, Luca; Scotti, Anna
Positivity and conservation properties of some integration schemes for mass action kinetics

Quarteroni, A.; Formaggia, L.
Domain Decomposition (DD) Methods

Alastruey, Jordi; Passerini, Tiziano; Formaggia, Luca; Peirò, Joaquim
The effect of visco-elasticity and other physical properties on aortic and cerebral pulse waveforms: an analytical and numerical study

Formaggia, Luca; Minisini, Sara; Zunino, Paolo
Modeling erosion controlled drug release and transport phenomena in the arterial tissue

Formaggia, Luca; Mola, Andrea; Parolini, Nicola; Pischiutta, Matteo
A three-dimensional model for the dynamics and hydrodynamics of rowing boats

Formaggia, Luca; Villa, Andrea
Implicit tracking for multi-fluid simulations

Formaggia, Luca; Veneziani, Alessandro; Vergara, Christian
Numerical solution of flow rate boundary problems for an incompressible fluid in deformable domains

Formaggia, Luca; Miglio, Edie; Mola, Andrea; Scotti, Anna
Numerical simulation of the dynamics of boats by a variational inequality approach

Passerini, Tiziano; De Luca, Maria Rita; Formaggia, Luca; Quarteroni, Alfio; Veneziani, Alessandro
A 3D/1D geometrical multiscale model of cerebral vasculature

Formaggia, Luca; Miglio, Edie; Mola, Andrea; Parolini, Nicola
Fluid-structure interaction problems in free surface flows: application to boat dynamics

Formaggia, Luca; Moura, Alexandra; Nobile, Fabio
On the stability of the coupling of 3D and 1D fluid-structure interaction models for blood flow simulations

Migliavacca, Francesco.; Gervaso, Francesca; Prosi, Martin; Zunino, Paolo; Minisini, Sara; Formaggia, Luca; Dubini, Gabriele
Expansion and drug elution model of a coronary stent

Formaggia, Luca; Veneziani, Alessandro; Vergara, Christian
A new approach to numerical solution of defective boundary problems in incompressible fluid dynamics

Peiro, J.; Formaggia, L.; Radaelli,a.; Rigamonti, V.
Shape reconstruction from medical images and quality mesh generation via implicit surfaces

Amadori, Debora; Ferrari, Stefania; Formaggia, Luca
Derivation and analysis of a fluid-dynamical model in thin and long elastic vessels

Balossino, R., Pennati, G.; Migliavacca, F.; Formaggia, L.; Veneziani, A.; Tuveri, M.; Dubini, G.
Influence of boundary conditions on fluid dynamics in models of the cardiovascular system: a multiscale approach applied to the carotid bifurcation

Formaggia, Luca; Micheletti, Stefano; Sacco, Riccardo; Veneziani, Alessandro
Mathematical modelling and numerical simulation of a glow-plug

Formaggia, Luca; Sala, Marzio; Saleri, Fausto
Domain decomposition techniques

Formaggia, Luca; Quarteroni, Alfio; Veneziani, Alessandro
The circulatory system: from case studies to mathematical modeling

Formaggia, Luca; Miglio, Edie; Del Grosso, Luca; Montano, Antonio; Pandini, Stefano
Modello Dinamico di una Imbarcazione da Canottaggio

Formaggia, Luca; Lamponi, Daniele; Tuveri, Massimiliano; Veneziani, Alessandro
Numerical Modeling of 1D Arterial Networks Coupled with a Lumped Parameters Description of the Heart

Formaggia, Luca; Micheletti, Stefano; Savini, Barbara
Modellazione Bidimensionale e Simulazione Numerica del Funzionamento di una Candeletta di Preriscaldo

Formaggia, Luca; Nobile, Fabio
Stability analysis of second ordr time accurate schemes for ALE-FEM

Formaggia, Luca; Veneziani, Alessandro
Reduced and multiscale models for the human cardiovascular system

Formaggia, Luca; Micheletti, Stefano; Perotto, Simona
Anisotropic mesh adaption in Computational Fluid Dynamics: application to the advection-diffusion-reaction and the Stokes problems

Deparis, Simone; Fernandez, Miguel A.; Formaggia, Luca
Acceleration of a fixed point algorithm for fluid-structure interaction using transpiration conditions

Sherwin, S.j.; Formaggia, Luca; Peiro, Jaume; Franke, V.
Computational Modelling of 1d blood flow with variable mechanical properties and its application to the simulation of wave propagation in the human arterial system

Formaggia, Luca; Lamponi, Daniele; Quarteroni, Alfio
One dimensional models for blood flow in arteries

Quarteroni, Alfio; Formaggia, Luca
Mathematical Modelling and Numerical Simulation of the Cardiovascular System

Author:Zonca, Stefano
Advisors:Vergara, C. Formaggia, L.
Unfitted numerical methods for fluid-structure interaction arising between an incompressible fluid and an immersed thick structure

Author:Della Rocca, Alessandro
Advisors:Bonaventura, L. Formaggia, L.

Author:Le Van, Davide
Advisors:Formaggia, L. Vergara, C.
Fluid dynamics in an abdominal aortic aneurysm with Large Eddy Simulation and backflow stabilization

Author:Sottocasa, Federica
Advisors:Formaggia, L. Scotti, A.
Formulazione mista per flussi in mezzi porosi fratturati: approssimazione con le differenze finite mimetiche

Author:Iemoli, Maria
Advisors:Formaggia, L. Scotti, A.
Modello numerico di un flusso bifase in un network di fratture

Author:Broggi, Rodrigo
Advisors:Formaggia, L.
Studio numerico della risposta strutturale di tubazioni pipe-in-pipe

Author:Stefano Savare'
Advisors:Vergara, C. Formaggia, L. Palamara, S.
Studio computazionale di ottimizzazione della stimolazione nella terapia di risincronizzazione cardiaca

Author:Giovanardi, Bianca
Advisors:Formaggia, L. Scotti, A.
Numerical modeling of porosity evolution in source rock during kerogen breakdown

Author:Nguyen, An-phi
Advisors:Formaggia, L.
Codice 2D ai volumi finiti per un problema di Darcy

Author:Bonomi, D.
Advisors:Formaggia, L. Vergara, C. Faggiano, E.
Numerical study of the influence of aortic valve leaflets in the fluid-dynamics in ascending aorta

Author:Ferroni, Alberto
Advisors:Formaggia, L. Fumagalli, A.
Numerical Simulation of the Darcy's Problem on Surfaces in R3

Author:Giacomini, Matteo
Advisors:Formaggia, L. Désidéri, J.a. Duvigneau, R.
Multiple-Gradient Descent Algorithm for isogeometric shape optimization

Author:Bardelli, Alessandro Pietro
Advisors:Perotto, S. Formaggia, L.
A Machine Learning Approach for Mesh Adaptivity in a Goal-Oriented Framework

Author:Fiorini, Camilla ; Gasperoni, Francesca
Advisors:Formaggia, Luca Vergara, Christian
Modellazione matematico-numerica del sistema venoso cerebrale e degli arti inferiori

Author:Moretto, Mauro ; Procacci, Silvia
Advisors:Formaggia, L.
Modellizzazione numerica del ventricolo sinistro tramite sistemi di equazioni algebrico-differenziali

Author:Scuderi Giovanni
Advisors:Formaggia, L.; Russo, A. Vergara, C.
Numerical study of the coupling between heterogeneous models in computational haemodynamics

Author:Carrettoni, Marco; Cravedi, Paolo
Advisors:Nobile, F. Formaggia, L.
Modellazione e simulazione numerica delle equazioni di Navier-Stokes con interfaccia porosa

Author:Crivellaro, Alberto
Advisors:Perotto, S. Formaggia, L.
Ricostruzione adattativa di dati sparsi mediante funzioni a simmetria radiale

Author:Papucci, Nicoletta
Advisors:Perotto, S. Formaggia, L.
Adattazione anisotropa di griglia applicata alla segmentazione di immagini

Author:Mengaldo, Gianmarco
Advisors:Formaggia, L. Nobile, F.
Nonlinear fluid-structure interaction with application in computational haemodynamics

Author:Schenone, Elisa
Advisors:Formaggia, L. Gerbeau, J.f. Boulakia, M.
Reduced models in cardiac electrophysiology Applications to the inverse problem

Author:Andersson, Annica Elisabeth
Advisors:Formaggia, L. Nobile, F.
Estimation of the compliance of the arterial walls through Kalman

Author:Maffioletti, Mattia
Advisors:Formaggia, L. Parolini, N.
Implementazione e verifica di modelli di turbolenza in OpenFOAM per applicazioni in campo automobilistico

Author:Bonelli, Federico Edoardo
Advisors:Formaggia, L. Deparis, S.
A framework to implement a multifrontal scheme on GPU architectures with OpenCL

Author:Cassani, Luca
Advisors:Nobile, F. Formaggia, L.
Metodo dei domini fittizi per problemi di interazione fluido-struttura

Author:Proverbio, Alessandro
Advisors:Formaggia, L. Peirò, J.
Numerical simulation of a train traveling in a tunnel

Author:Altieri, M.S.
Advisors:Formaggia, L. Miglio, E.
Modellazione numerica della dinamica di imbarcazioni tramite vincolo unilatero sulla superficie libera

Author:Benincà, Erica; Giacomini, Matteo
Advisors:Formaggia, L.
Approssimazione numerica del problema del flusso sanguigno in una rete di arterie monodimensionali

Author:Beccaria, Massimilano; Haile, Michele
Advisors:Vergara, C. Formaggia, L. Corno, A.
Modellazione matematica numerica dell operazione Fontan assistita

Author:Minisini, Sara
Advisors:Formaggia, L. Zunino, P.
Mathematical and Numerical Modeling of Controlled Drug Release

Author:Sandrini, Giorgio
Advisors:Vergara, C. Formaggia, L. Domanin, M.
Modellazione matematica del sistema venoso degli arti inferiori

Author:Milani, Laura
Advisors:Formaggia, L. Mola, A.
Validazione del software Kimè per imbarcazioni da canottaggio

Author:Colbertaldo, Angelo
Advisors:Formaggia, L. Bonaventura, L.
Schemi alle differenze finite mimetiche su griglie non strutturate per applicazioni fluidodinamiche

Author:Shimura, Seiichi
Advisors:Nobile, F. Formaggia, L. Villa, A.
Tecniche di analisi di sensitività globale applicate a un problema di geofisica

Author:Morini, Dario
Advisors:Formaggia, L. Passerini, T.
Modellazione integrata 1D-0D di reti di arterie

Author:Mariani, Pietro Andrea
Advisors:Formaggia, L.
Implementazione ad oggetti di modelli a parametri concentrati del sistema circolatorio

Author:Mazzoleni, Erik
Advisors:Arioli, G. Formaggia, L.
Analisi topologica di un sistema multifluido ottenuto da simulazioni geodinamiche

Author:Tamellini, Lorenzo
Advisors:Formaggia, L. Miglio, E.
Un modello numerico per il galleggiamento di imbarcazioni

Author:Bugada, Alessandro
Advisors:Formaggia, L. Vergara, C.
Modellazione monodimensionale di vasi sanguigni con effusione laterale

Author:Mola, Andrea
Advisors:Formaggia, L. Placido, A.
Model for Olympic Rowing Boats

Author:Dedè, Luca
Advisors:Quarteroni, A. Formaggia, L.
Adaptive and Reduced Basis Methods for Optimal Control Problems in Environmental Applications

Author:Vayno, Lorenzo ; Iori Guido Francesco
Advisors:Formaggia, Luca
Integrazione di sistemi caotici tramite algoritmi simplettici - comparazione con metodi Runge-Kutta

Author:Galeazzi, Andrea
Advisors:Vergara, C. Formaggia, L. Domanin, M.
Modellazione matematica del sistema venoso delle gambe umane

Author:Rota, Silvia
Advisors:Formaggia, L. Bittanti, S.
Consulenza in materia di sicurezza del lavoro e impianti. Attività di tirocinio: valutazione del rischio rumore per medie aziende, analisi dei dati storici relativi all andamento del fenomeno infortunistico

Author:Pischiutta, Matteo
Advisors:Formaggia, L. Parolini, N.
Dinamica di una imbarcazione da canottaggio: simulazioni numeriche con un modello RANS

Author:Giacomini, Riccardo
Advisors:Formaggia, L. Peirò, J.
Autoregulation models for cerebral haemodynamics

Author:Gelmini, Elisabeth
Advisors:Formaggia, L. Mola, A.
Simulazioni numeriche mediante modelli RANS per lo studio delle prestazioni di imbarcazioni olimpioniche da canottaggio

Author:Beltrami, L.; Porro, M.
Advisors:Formaggia, L. Parolini, N. Mola, A.
Analisi parametriche della dinamica di una imbarcazione da canottaggio

Author:Bertoletti, Luca
Advisors:Formaggia, L. Bonaventura, L.
Un'applicazione della Teoria del Controllo Ottimo all'Assimilazione di Dati al contorno per modelli idrodinamici

Author:Viganò, Paolo
Advisors:Formaggia, L. Nobile, F.
Simulazione numerica del flusso attorno ad una struttura cilindrica oscillante in una corrente fluida ad elevato numero di Reynolds

Author:Biotto, Christian
Advisors:Formaggia, L. Bonaventura, L.
Un modello numerico semi-implicito e semi-Lagrangiano per fluidi a superficie libera con forzanti termiche: validazione e applicazioni alla fluidodinamica ambientale

Author:Cattaneo, L.; Colgiago, M.
Advisors:Zunino, P. Formaggia, L. Minisini, S.
Analisi della diffusività di materiali porosi a partire da immagini

Author:Beretta Stefano
Advisors:Formaggia, L. Nobile, F.
Studio di uno schema numerico per la simulazione di un cilindro oscillante in una corrente fluida a bassi numeri di Reynolds

Author:Longoni, Matteo
Advisors:Formaggia, L. Peirò, J.
Generation of high quality meshes on open surfaces for biomedical CFD

Author:Duren, Umut
Advisors:Formaggia, L. Falzon, B. Mola, A.
Simulation of the interaction between the dynamics of an Olympic rowing boat and the fluid flow

Author:Bugalho de Moura, Alexandra
Advisors:Formaggia, L.
The Geometrical Multiscale Modelling of the Cardiovascular System: Coupling 3D FSI and 1D Models

Author:Osvald, Federico
Advisors:Formaggia, L.
Shell Eco Marathon: Minimizzazione dei consumi e ottimizzazione strategia di gara

Author:Frosio, C.; Galbiati, A.
Advisors:Formaggia, L.
Elementi finiti gerarchici su griglie sparse per problemi di alte dimensioni

Author:Corrado, Cesare
Advisors:Nobile, F. Formaggia, L.
Studio di un problema di interazione fluido struttura con un metodo ad elementi finiti immersi

Author:Paradiso, Donato Andrea
Advisors:Formaggia, L. Miglio, E.
Un approccio variazionale per il vincolo di galleggiamento applicato alla dinamica di imbarcazioni

Author:Brumana, Marco
Advisors:Formaggia, Luca
Autoriscaldamento di un campione in gomma

Author:Del Grosso, Luca
Advisors:Formaggia, L. Miglio, E. Placido, A
Modellizzazione matematica e numerica della dinamica di una imbarcazione da canottaggio

Author:Gazzola Mattia
Advisors:A. Veneziani L. Formaggia J. Peirò
Shape reconstruction from medical images and quality mesh generation via implicit surfaces

Author:Invernizzi Simona
Advisors:A. Quarteroni L. Formaggia
Analisi e simulazione numerica di problemi accoppiati monodimensionali-zerodimensionali in fluidodinamica

Author:Maculan, Elisa
Advisors:Veneziani, Alessandro Formaggia, Luca
Ricostruzione di geometrie vascolari 3D da dati clinici: rassegna e confronto di diversi metodi

Author:Scotti, Anna
Advisors:Saleri, Fausto Formaggia, Luca
Un approccio variazionale per il vincolo di galleggiamento

Author:Astorino, M.; Rimondo, R.
Advisors:Formaggia, L.
Interpolazione di curve e superfici tramite funzioni implicite e loro triangolazione

Author:Padovani Igino
Advisors:Prof. L. Formaggia
Demiurge: Interfaccia grafica per Life V

Author:Longinotti, Vera; Riva, Pamela
Advisors:Formaggia, Luca
Modelli matematici per il tessuto vascolare

Author:Minisini Sara
Advisors:Proff. L. Formaggia, M.l. Costantino Dott. Ing. G.b. Fiore
Modellistica numerica per l ottimizzazione di dispositivi per la misura della concentrazione di gas nei perfluorocarburi liquidi

Author:Chiusa, Francesca; Faggiano, Elena
Advisors:Formaggia, Luca
Modelli matematici dello scambio gassoso attraverso membrane microporose

Author:Arcidiacono, Eleonora; Invernizzi, Alice
Advisors:Formaggia, Luca
Studio delle configurazioni di buckling di un modello di vaso sanguigno sottoposto a torsione e della sua influenza nella emodinamica

Author:Valentino Luigi
Advisors:Prof. L. Formaggia Ing. S. Micheletti Ing. R. Rossi
Modellazione e simulazione numerica del funzionamento di una candeletta di preriscaldo per motori diesel

Author:Rigamonti Vittorio
Advisors:Prof. L. Formaggia
Ottimizzazione di triangolazioni su superfici implicite per la simulazione numerica

Algebraic Dynamic Multilevel method with local time-stepping (ADM-LTS) for simulations of multiphase flow with an adaptive saturation intepolator

Context: Simulation of multiphase flow in natural formations requires to deal with many difficulties deriving from the multi-scale (both in time and space) nature of the process. In fact, geological formations have very large length scales compared to those at which most physical and chemical interactions occur. Additionally, even at the so called Darcy scale, natural porous media have highly heterogeneous properties (e.g, permeability). To accurately capture the physics of interest very high resolution grids are required. However, the size of the domains make high resolution simulations impractical for field-scale applications. The Algebraic Dynamic Multilevel (ADM) method [1] was introduced to allow to employ a dynamically defined grid resolution to highly heterogeneous domains. The system of
equations is discretized on a high-resolution grid (referred to as fine-scale) and then mapped to coarser grid resolutions in those regions where a high-resolution is not required.
Mapping the unknowns across different resolutions is performed through sequences of restriction and prolongation (interpolation) operators.
In [2] an adaptive multilevel prolongation operator for saturation unknowns is considered. This approach allows for a better reconstruction of the saturation distribution behind the fast-moving
fronts, i.e., where the saturation changes are slow.

Objectives: We have surrently  implemented an Algebraic Dynamic Multilevel scheme with a mass conservative local time-stepping strategy (ADM-LTS) that employs an adaptive multilevel grid both in space
and in time. The method is able to use a fine grid resolution only at the location of the moving saturation fronts, with computational advantages.
The aim of the thesis is to study the adaptive multilevel prolongation operator and to integrate it in the ADM-LTS approach already implemented in a MATLAB research code, test it and validate on academic
test cases.

[1] M. Cusini, C. van Kruijsdijk, H. Hajibeygi, Algebraic dynamic multilevel (ADM) method for fully implicit simulations of multiphase flow in porous media, Journal of Computational Physics 314 (2016) 60 – 79.

[2] M. Cusini, H. Hajibeygi, Algebraic dynamic multilevel (ADM) method for simulations of multiphase flow with an adaptive saturation interpolator, in: ECMOR XVI-16th European Conference on the Mathematics of Oil Recovery, 2018

Prerequisite: Basic knowledge of numerical methods for partial differential equations of parabolic and hyperbolic type. Programming in MATLAB

Plan of work. Study the current literature on ADM/ADM-LTS schemes. Understand the current MATLAB code. Study how to implement the algebraic dynamic multilevel method. Implement it in the MATLAB code and run some tests, analysing the results in terms of accuracy and efficiency.

Main spervisor: Luca Formaggia

Support Team: Ludovica del Popolo Carcioppolo (PhD student, developer of the MATLAB code), Anna Scotti (Assistant Professor).

Numerical models for fault reactivation based on Nitsche's formulation

The exploitation of the underground because of oil/gas extraction, CO2 sequestration, geothermal energy storage or other human activities causes and alteration of the underground flow and may reactivate a fault, causing it to slip and generate seismic activity. To estimate the risk it is necessary to consider a coupled problem involving flow in faulted media, poroelasticity and frictional contact. It gives rise to a complex non-linear equations involving inequality constraints. An interesting approach consider the fault as an immersed interface and suitable conditions to represent the frictional contact along the fault. Numerically, the problem is solved resorting to a Nitsche formulation and extended finite elements. A prototype code has been developed and the student is requested to try different possible formulations. An original approach is to reinterpret the probloble as a non-linear control problem, another possibility is to use iterative techniques for a special formulation of the frictional contact problem along the fault. The thesis may be carried out by one or two persons. In the case of two students, it would be optima to have one students more oriented to scientific programming and the other to the theoretical analysis of the scheme. La tesi si inserisce nella linea di ricerca su Metodi per equazioni alle derivate parziali. Il lavoro, pensato per una persona, ha un contenuto modellistico elevato, un contenuto teorico elevato e un contenuto di programmazione elevato.

Complessivamente si tratta di una tesi di elevata difficoltà. Si consiglia di consultare la seguente bibliografia essenziale: Quarteroni,A., MODELLISTICA NUMERICA per PROBLEMI DIFFERENZIALI, Springer-VerlagC. Annavarrapu et al. A Nitsche stabilized finite element method for frictional sliding on embedded interfaces. Part I: Single interface, 2014, Chouly F. et al, An Overview of Recent Results on Nitsche's Method for Contact Problems, 2018, Chouly et al, A Nitsche-Based Method for Unilateral Contact Problems: Numerical Analysis, 2013, J. Both et al, Robust fixed stress splitting for Biot's equations in heterogeneous media, 2016, Notes provided by the supervisors I requisiti richiesti al laureando sono: C++ programming skill, good knowledge of numerical methods for PDEs. Willingness to learn advanced numerical methods. Interest in modelling complex non-linear phenomena.

Simulazione di fluidi a superfie libera con reologia complessa

Scopo del lavoro di tesi è lo studio di metodi numerici per il tracciamento dello spostamento della superficie libera di un fluido [1] e la loro
implementazione in un codice di calcolo parallelo basato su griglie cartesiane con raffinamento gerarchico adattivo [2, 3].

Il contesto applicativo è quello della valutazione del rischio connesso ad eventi catastrofici ed in particolare alla simulazione di frane
e colate laviche [4,5,6].

Il progetto si svolge nell'ambito di una collaborazione con l'Agenzia Spaziale Italiana volta a sviluppare metodi numerici e statistici per la valutazione dei rischi naturali che integrino modelli fisici e dati relativi ad osservazioni satellitari [7].

Bibliografia :

[1] Viljami Laurmaa, Marco Picasso and Gilles Steiner, "An octree-based adaptive semi-Lagrangian VOF approach for simulating the displacement of free surfaces." Computers & Fluids, Volume 131, 5 June 2016, Pages 190-204

[2] Pasquale Africa, Simona Perotto and Carlo de Falco"Scalable Recovery-Based Adaptation on Quadtree Meshes" In preparation

[3] Pasquale Africa, "Scalable adaptive simulation of organic thin-film transistors" Tesi di Dottorato in MODELLI E METODI MATEMATICI PER L'INGEGNERIA, 2019

[4] M.Cremonesi, F.Ferri and U.Perego. "A basal slip model for Lagrangian finite element simulations of 3D landslides." International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 41(1), 2017

[5] Andrew J. Harris S. Rowland, "FLOWGO: a kinematic thermo-rheological model for lava flowing in a channel" Bulletin of Volcanology, May 2001, Volume 63, Issue 1, pp 20-44

[6] Ovarlez, Guillaume, Hormozi, Sarah (Eds.) "Lectures on Visco-Plastic Fluid Mechanics" Springer, 2019

[7] Pasquale C. Africa, Mara S. Bernardi et. al. "Use of Earth observation satellite data for monitoring and forecasting natural hazards"
In preparation

Kafres,Eni S.p.a., Divisione E&p
Modeling of upscaling techniques for flow in fractured material

Geodyn Ii,Eni S.p.a.

Glacial Isostatic Adjustment,Eni S.p.a.

Rto,Agusta Westland

Geomech,Eni S.p.a.
Modellazione della sismicità indotta da scorrimenti di faglie

Dionisos D2tp,Eni S.p.a.

Mathcard,European Union
Development, analysis and computer implementation of mathematical models for the cardiovascular system

Un codice ad elementi spettrali di tipo Galerkin discontinuo per la simulazione di grandi eventi sismici

Design and implementation of numerical methods based on spectral methods for vibro-acustic applications

Compgeo,Eni S.p.a., Divisione E&p
Modeling of geochemical compaction processes

Phase Phield Ii,Eni S.p.a.

Fwi,Eni S.p.a.
Full Waveform Inversion

Nolan Comfort,Nolangroup S.p.a.
Sviluppo di modelli matematici e numerici per la simulazione degli aspetti di comfort acustico di un casco da moto. Sviluppo ed implementazione di un software di ausilio alla progettazione, che permetta di integrare in unico ambiente le simulazioni riguardanti alcuni fenomeni critici per il comfort (acustico, fluidodinamico, termico)

Nolan Robustness,Nolangroup S.p.a.
Sviluppo di modelli matematici e numerici a supporto delle simulazioni di crash e implementazione di un workflow di ausilio alla progettazione ottimale di un casco

Compgeo Ii,Eni S.p.a.

Geodyn 1.bis,Eni S.p.a.

Migrazione,Eni S.p.a.

Data Interpolation,Eni S.p.a.

Steam Over Burden,Eni S.p.a.

Imigro,Eni S.p.a., Divisione E&p
Modeling of oil migration and expulsion in fractured material

Anisok,Eni S.p.a., Divisione E&p
Extension to anisotropic permeability of a numerical model for T&P calculations

Tti/vti,Eni S.p.a.

Sebe Prepro,Eni S.p.a.

Sebe Postpro,Eni S.p.a.

Modelling Della Compattazione Secondaria Della Source,Eni S.p.a.
Development of numerical algorithm to simulate the geochemical and mechanical mechanisms in the source rock that give rise to the conversion of kerogen into hydrocarbon, and the expulsion of the latter.

Simbage-1d,Eni S.p.a.
Parallelizzazione su CPU di Simbage-1D e calibrazione dell'isoterma di adsorbimento

Tempra,Eni S.p.a.
Sviluppo di un generatore di griglie esaedriche per tempra

Sebe/anisok,Eni S.p.a.

Modeling Analysis And Feasibility Study For The Numerical Simulation Of Fsi Problems,

Eni At Polimi - 1,Eni S.p.a

Eni Interval Arithmetic,Eni S.p.a
Studio di fattibilita' per l'utilizzo della interval arithmetic nella progettazione di oleodotti

Eni,Eni S.p.a.
Modeling of the dynamical evolution of a sedimentary basin

Tetherbuoy 2,Resinex Trading S.r.l.
Mathematical and Numerical models for the dynamics of rowing boats: extension of the software

Iit,Istituto Italiano Di Tecnologia
Nanobiotechnology models and methods for local drug delivery from nano/micro structured materials

Filippi 2,Filippi Lido S.r.l.
Mathematical and Numerical models for the dynamics of rowing boats

Filippi 2007,Filippi Lido S.r.l.
Numerical models for the design of new race boats

Eni Interval Arithmetic,Eni S.p.a
Studio di fattibilita' per l'utilizzo della interval arithmetic nella progettazione di oleodotti

Nanomaterials,Fond. Cariplo, Fond. Politecnico
Development of models for optical devices based on nanostructured materials produced by electrochemical processes

Eni 2,Eni S.p.a
Modeling geological structure evolution in complex situations

Stent,Fondazione Cariplo
Mathematical modeling of the drug release from a drug eluting stent into the arterial wall

Ametek,Ametek S.p.a.
Algorithm and software for the design of a camshaft

Haemodel,Unione Europea / European Union
Development of tools for geometry reconstruction from medical data, mathematical models for biochemical transport and mechanical and bio-chemical interactions with vessel walls, efficient numerical methods for Navier-Stokes solution for three dimensional (3D) problems in deforming domains, mathematical and numerical models for non-Newtonian fluids, and carrying out of benchmark tests on specific test cases of clinical interest

Cordolux,Ic Technologies S.r.l.
Simulation of the thermal field in the Cordolux device

Eni,Eni S.p.a., Divisione E&p
Modeling of the evolution of saline structures

Filippi,Filippi Lido S.r.l.
Mathematical and numerical models for the dynamics of rowing boats

Glow2d,Federal Mogul Ignition S.r.l.
2D Mathematical modeling and numerical simulation of a glow-plug

Tenova,Tenova S.p.a.
Numerical Approaches to Computational Fluid Dynamics on Massively Parallel Processors