Synchronization, Collective Behavior and Spatiotemporal Dynamics in Chemical Systems
化学系统中的同步、集体行为和时空动力学
基本信息
- 批准号:1565665
- 负责人:
- 金额:$ 53万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Continuing Grant
- 财政年份:2016
- 资助国家:美国
- 起止时间:2016-09-01 至 2020-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
In this project funded by the Chemical Structure, Dynamics and Mechanisms Program (CSDM-A) of the Chemistry Division, Professor Kenneth Showalter and his students are studying complex dynamical behavior in chemical systems to gain insights into new types of dynamical behavior in man-made and living systems. Developing an understanding of such behavior in experimental studies facilitates the development of mathematical model descriptions that are relevant to the behavior of certain living organisms as well as synthetic dynamical systems such as computer networks. Research on new states of synchronization and collective behavior will provide insights into basic dynamical behaviors pervasive in living systems. Research on propagating waves in precipitation systems will offer new mechanisms for chemical waves that rely on structural features of the medium, much like wave behavior found in many biological systems.Networks of coupled chemical oscillators will be investigated in laboratory experiments and computational simulations. The recently discovered chimera state, in which populations of synchronized and unsynchronized oscillators coexist, will be further investigated, with the focus on the spiral chimera state in two-dimensional arrays of coupled oscillators. Further experimental investigations of phase-lag synchronization in networks of coupled chemical oscillators will also be carried out with two-dimensional oscillator arrays, which will allow a wide variety of network topologies and coupling schemes. Theoretically predicted echo phenomena will be investigated in populations of coupled chemical oscillators. Two-dimensional arrays of chemical oscillators will permit sufficiently large populations to allow the detection and characterization of echo behavior. New configurations and examples of propagating precipitation waves will be investigated. Open-reactor configurations will be developed for studies of propagating waves in redissolution precipitation bands based on the amphoteric sodium hydroxide-aluminum chloride system. Unstable spiral wave behavior leading to turbulence-like dynamics will be investigated as well as wave stacking, where waves collide with the waves ahead of them. Further development of a general three-dimensional computational model for propagating precipitation waves will be carried out as well as extending the model to describe wave behavior in open reactor configurations
在这个由化学系化学结构、动力学和机理计划(CSDM-A)资助的项目中,Kenneth Showalter教授和他的学生正在研究化学系统中的复杂动力学行为,以深入了解人造物质中新型的动力学行为。和生命系统。在实验研究中加深对此类行为的理解有助于开发与某些生物体以及计算机网络等合成动力系统的行为相关的数学模型描述。对同步和集体行为新状态的研究将为生命系统中普遍存在的基本动态行为提供见解。对降水系统中传播波的研究将为依赖于介质结构特征的化学波提供新的机制,就像许多生物系统中发现的波行为一样。耦合化学振荡器的网络将在实验室实验和计算模拟中进行研究。最近发现的同步和非同步振荡器群体共存的嵌合态将得到进一步研究,重点是耦合振荡器二维阵列中的螺旋嵌合态。耦合化学振荡器网络中相位滞后同步的进一步实验研究也将使用二维振荡器阵列进行,这将允许多种网络拓扑和耦合方案。理论上预测的回波现象将在耦合化学振荡器群体中进行研究。化学振荡器的二维阵列将允许足够大的群体来检测和表征回波行为。将研究传播降水波的新配置和示例。将开发开放式反应器配置,用于研究基于两性氢氧化钠-氯化铝系统的再溶解沉淀带中的传播波。将研究导致类湍流动力学的不稳定螺旋波行为以及波叠加,其中波与前方的波碰撞。将进一步开发用于传播降水波的通用三维计算模型,并扩展该模型以描述开放式反应器配置中的波行为
项目成果
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