Vortex Dynamics and Suppression of Chemical Turbulence in Autocatalytic Reaction-Diffusion Systems
自催化反应扩散系统中的涡动力学和化学湍流抑制
基本信息
- 批准号:1565734
- 负责人:
- 金额:$ 39.9万
- 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 2021-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
In this project funded by the Chemistry Division (Chemical Structure, Dynamics and Mechanisms A), Professor Oliver Steinbock (Florida State University) is studying how seemingly simple chemical reactions can form complex life-like patterns. Chemical reactions in a laboratory container can produce macroscopic patterns that include rotating spirals that appear visually as striking blue bands on a red background. Closely related spirals exist as electrical phenomena also in the human heart where they cause life-threatening conditions and are among the leading causes of death in the US. Professor Steinbock and his students will investigate the behavior of these spiral waves in thick layers that model the heart focusing on specific questions including the effect of height variations. They will also study the pinning of these spirals to inert areas that correspond to anatomical features and scar tissue formed after heart attacks. This project uses the autocatalytic Belousov-Zhabotinsky (BZ) reaction and numerical simulations of reaction-diffusion models to investigate self-propagating concentration waves. In three dimensions, these nonlinear waves can take the form of vortices that rotate around one-dimensional phase singularities called filaments. Filament motion can generate a form of spatio-temporal chaos that shares many dynamical similarities with ventricular fibrillation in the human heart. The effect of non-reactive heterogeneities on periodic and chaotic vortices will be investigated with a focus on the defect-mediated suppression of turbulent states as well as the translational motion of vortices along step edges. Another component is the study of vortex pinning in higher dimensional networks. The outreach program includes the dissemination of key results and pertinent background information to laymen and teachers using YouTube videos and other internet-based resources.
在由化学部门(化学结构,动力学和机制a)资助的该项目中,奥利弗·斯坦博克(Oliver Steinbock)(佛罗里达州立大学)正在研究看似简单的化学反应如何形成复杂的栩栩如生的模式。实验室容器中的化学反应可以产生宏观模式,其中包括旋转的螺旋形,这些旋转螺旋在红色背景上以醒目的蓝色带的视觉效果。在人心中也存在着紧密相关的螺旋形成的电现象,它们会导致威胁生命的条件,并且是美国死亡的主要原因之一。 Steinbock教授和他的学生将在厚层中调查这些螺旋波的行为,这些螺旋波的层次层次,这些螺旋波的重点关注特定问题,包括高度变化的效果。他们还将研究这些螺旋的固定到与心脏病发作后形成的解剖学特征和疤痕组织相对应的惰性区域。该项目使用自催化的Belousov-Zhabotinsky(BZ)反应和反应扩散模型的数值模拟来研究自传播浓度波。在三个维度中,这些非线性波可以采用旋转旋转一维相奇异的涡流形式,称为细丝。细丝运动可以产生一种时空混乱的形式,该混乱具有许多动态相似性,与人心脏中的心室纤颤。非反应性异质性对周期性和混乱涡流的影响将进行研究,重点是缺陷介导的对湍流状态的抑制以及沿阶梯边缘的涡流运动的翻译运动。另一个组成部分是研究涡流固定在较高维网络中的研究。外展计划包括使用YouTube视频和其他基于Internet的资源向外行和教师传播关键结果和相关背景信息。
项目成果
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