HIRFL剥离器后切束线物理设计

HIRFL is a tandem cyclotron complex for heavy ion. On the beam line between SFC and SSC, there is a stripper. Behind it, the distribution of charge states of beam is a Gauss distribution. The equilibrium charge state Q_0 is selected by 1BO2(a 50° dipole behind the stripper) and delivered to SSC. One of two new small beam line (named SLAS) after 1B02 will be builded in or der to split and deliver the unused ions of charge states (Q_0 ± n) to aspecific experimental area. Q_0 ± n ions are septumed and separated from initial(Q_0) ion beam by two septum magnets SM1, SM2. The charge state selected by SM1 will be Q_0 ± 1(6 ≤ Q_0 < 17), Q_0 ± 2(17 ≤ Q_0 < 33) and Q_0 ± 3 (Q_0 ≥ 33) forming a beam in one of the two possine new beam line with the stripping energy of (0.2 to 9.83 Mev/A), an emittance of 10π mm.mrad in the two transverse planes and an intensity ranging from 10~(11) pps for z ≤ 10 to some 10~5 pps for the heaviest element. Behind SM2, a few transport elements (three dipoles and seven qudrupoles) tra nsport Q_0 ± n beam to target positions T1, T2 (see fig. 1) and generate small beam spots (φ ≤ 4mm, φ ≤ 6mm). The optics design of the beam line has been done based on SLAC-75 (a first and second - order matrix theory). beam optics calculation has been worked out with the TRANSPORT program. The design is a very economical thinking, because without building a new accelerator we can obtain a lower energy heavy ion beam to provide for a lot of atomic and solid state physical experiments

二氧化碳在孔隙咸水层中多相流动数值模拟研究

There has been a growing concern about the use of fossil fuels and its adverse effects on the atmospheric greenhouse and ecological environment. A reduction in the release rate of CO2 into the atmosphere poses a major challenge to the land ecology of China. The most promising way of achieving CO2 reduction is to dispose of CO2 in deep saline aquifers. Deep aquifers have a large potential for CO2 sequestration in geological medium in terms of volume and duration. Through the numerical simulation of multiphase flow in a porous media, the transformation and motion of CO2 in saline aquifers has been implemented under various temperature and hydrostatic pressure conditions, which plays an important role to the assessment of the reliability and safety of CO2 geological storage. As expected, the calculated results can provide meaningful and scientific information for management purposes. The key problem to the numerical simulation of multiphase flow in a porous media is to accurately capture the mass interface and to deal with the geological heterogeneity. In this study, the updated CE/SE (Space and time conservation element and solution element) method has been proposed, and the Hybrid Particle Level Set method (HPLS) has extended for multiphase flows in porous medium, which can accurately trace the transformation of the mass interface. The benchmark problems have been applied to evaluate and validate the proposed method. In this study, the reliability of CO2 storage in saline aquifers in Daqingzi oil field in Sunlong basin has been discussed. The simulation code developed in this study takes into account the state for CO2 covering the triple point temperature and pressure to the supercritical region. The geological heterogeneity has been implemented, using the well known geostatistical model (GSLIB) on the base of the hard data. The 2D and 3D model have been set up to simulate the CO2 multiphase flow in the porous saline aquifer, applying the CE/SE method and the HPLS method .The main contents and results are summarized as followings. (1) The 2D CE/SE method with first and second –order accuracy has been extended to simulate the multiphase flow in porous medium, which takes into account the contribution of source and sink in the momentum equation. The 3D CE/SE method with the first accuracy has been deduced. The accuracy and efficiency of the proposed CE/SE method have been investigated, using the benchmark problems. (2) The hybrid particle level set method has been made appropriate and extended for capturing the mass interface of multiphase flows in porous media, and the numerical method for level set function calculated has been formulated. (3) The closed equations for multiphase flow in porous medium has been developed, adept to both the Darcy flow and non-Darcy flow, getting over the limitation of Reynolds number to the calculation. It is found that Darcy number has a decisive influence on pressure as well as velocity given the Darcy number. (4) The new Euler scheme for numerical simulations of multiphase flows in porous medium has been proposed, which is efficient and can accurately capture the mass interface. The artificial compressibility method has been used to couple the velocities and pressure. It is found that the Darcy number has determinant effects on the numerical convergence and stability. In terms of the different Darcy numbers, the coefficient of artificial compressibility and the time step have been obtained. (5) The time scale of the critical instability for critical CO2 in the saline aquifer has been found, which is comparable with that of completely CO2 dissolved saline aquifer. (6) The concept model for CO2 multiphase flows in the saline aquifer has been configured, based on the temperature, pressure, porosity as well as permeability of the field site .Numerical simulation of CO2 hydrodynamic trapping in saline aquifers has been performed, applying the proposed CE/SE method. The state for CO2 has been employed to take into account realistic reservoir conditions for CO2 geological sequestration. The geological heterogeneity has been sufficiently treated , using the geostatistical model. (7) It is found that the Rayleigh-Taylor instability phenomenon, which is associated with the penetration of saline fluid into CO2 fluid in the direction of gravity, has been observed in CO2 multiphase flows in the saline aquifer. Development of a mushroom-type spike is a strong indication of the formation of Kelvin-Helmholtz instability due to the developed short wavelength perturbations present along the interface and parallel to the bulk flow. Additional key findings: the geological heterogeneity can distort the flow convection. The ascending of CO2 can induce the persistent flow cycling effects. The results show that boundary conditions of the field site have determinant effects on the transformation and motion of CO2 in saline aquifers. It is confirmed that the proposed method and numerical model has the reliability to simulate the process of the hydrodynamic trapping, which is the controlling mechanism for the initial period of CO2 storage at time scale of 100 years.

A cell-centred finite volume method for modelling viscoelastic flow

An unstructured cell-centred finite volume method for modelling viscoelastic flow is presented. The method is applied to the flow through a planar channel and the 4:1 planar contraction for creeping flow of an Oldroyd-B fluid. The results are presented for a range of Weissenberg numbers. In the case of the planar channel results are compared with analytical solutions. For the 4:1 planar contraction benchmark problem the convection terms in the constitutive equations are approximated using both first and second order differencing schemes to compare the techniques and the effect of mesh refinement on the solution is investigated. This is the first time that a fully unstructured, cell-centredfinitevolume technique has been used to model the Oldroyd-B fluid for the test cases presented in this paper.

Simplification of structured population dynamics in complex ecological communities

Goldstone's idea of slow dynamics resulting from spontaneously broken symmetries is applied to Hubbell's neutral hypothesis of community dynamics, to efficiently simplify stage-structured multi-species models-introducing the quasi-neutral approximation (QNA). Rather than assuming population-dynamical neutrality in the QNA, deviations from ideal neutrality, thought to be small, drive dynamics. The QNA is systematically derived to first and second order in a two-scale singular perturbation expansion. The total reproductive value of species, as computed from the effective life-history parameters resulting from the non-linear interactions with the surrounding community, emerges as the new dynamic variables in this aggregated description. Using a simple stage-structured community-assembly model, the QNA is demonstrated to accurately reproduce population dynamics in large, complex communities. Further, the utility of the QNA in building intuition for management problems is illustrated by estimating the responses of a fish stock to harvesting and variations in fecundity.

Systolic building block for high performance recursive filtering

A novel bit level systolic array is presented that can be used as a building block in the construction of recursive digital filters. The circuit accepts bit-parallel input data, is pipelined at the bit level, and exhibits a very high throughput rate. The most important feature of the circuit is that it allows recursive operations to be implemented directly without incurring the large m cycle latency (where m is approximately the word length) normally associated with such systems. The use of this circuit in the construction of both first- and second-order IIR (infinite-impulse-response) filters is described.

Indoor off–body communications at 5.8 GHz with multiple antennas at the base station: a statistical characterization using the Nakagami–m fading model

In this paper we investigate the first and second order characteristics of the received signal at the output ofhypothetical selection, equal gain and maximal ratio combiners which utilize spatially separated antennas at the basestation. Considering a range of human body movements, we model the model the small-scale fading characteristics ofthe signal using diversity specific analytical equations which take into account the number of available signal branchesat the receiver. It is shown that these equations provide an excellent fit to the measured channel data. Furthermore, formany hypothetical diversity receiver configurations, the Nakagami-m parameter was found to be close to 1.

Learning from time series:Supervised Aggregative Feature Extraction

Many modeling problems require to estimate a scalar output from one or more time series. Such problems are usually tackled by extracting a fixed number of features from the time series (like their statistical moments), with a consequent loss in information that leads to suboptimal predictive models. Moreover, feature extraction techniques usually make assumptions that are not met by real world settings (e.g. uniformly sampled time series of constant length), and fail to deliver a thorough methodology to deal with noisy data. In this paper a methodology based on functional learning is proposed to overcome the aforementioned problems; the proposed Supervised Aggregative Feature Extraction (SAFE) approach allows to derive continuous, smooth estimates of time series data (yielding aggregate local information), while simultaneously estimating a continuous shape function yielding optimal predictions. The SAFE paradigm enjoys several properties like closed form solution, incorporation of first and second order derivative information into the regressor matrix, interpretability of the generated functional predictor and the possibility to exploit Reproducing Kernel Hilbert Spaces setting to yield nonlinear predictive models. Simulation studies are provided to highlight the strengths of the new methodology w.r.t. standard unsupervised feature selection approaches. © 2012 IEEE.

Supervised Aggregative Feature Extraction for Big Data Time Series Regression

In many applications, and especially those where batch processes are involved, a target scalar output of interest is often dependent on one or more time series of data. With the exponential growth in data logging in modern industries such time series are increasingly available for statistical modeling in soft sensing applications. In order to exploit time series data for predictive modelling, it is necessary to summarise the information they contain as a set of features to use as model regressors. Typically this is done in an unsupervised fashion using simple techniques such as computing statistical moments, principal components or wavelet decompositions, often leading to significant information loss and hence suboptimal predictive models. In this paper, a functional learning paradigm is exploited in a supervised fashion to derive continuous, smooth estimates of time series data (yielding aggregated local information), while simultaneously estimating a continuous shape function yielding optimal predictions. The proposed Supervised Aggregative Feature Extraction (SAFE) methodology can be extended to support nonlinear predictive models by embedding the functional learning framework in a Reproducing Kernel Hilbert Spaces setting. SAFE has a number of attractive features including closed form solution and the ability to explicitly incorporate first and second order derivative information. Using simulation studies and a practical semiconductor manufacturing case study we highlight the strengths of the new methodology with respect to standard unsupervised feature extraction approaches.

Aplicação das FPAA na realização de sistemas de ordem fraccionária

Esta tese de dissertação tem como principal objetivo a implementação de controladores fracionários utilizando diapositivos analógicos FPAA (Field Programable Analog Array). Embora estes dispositivos já não sejam um tecnologia recente, não tiveram grande aceitação comercial, daí não ter sido grande a sua evolução nesta última década. Mas para a elaboração de alguns circuitos analógicos, nomeadamente filtros, amplificadores e mesmo controladores PID (Proporcional-Integrativo-Derivativo) analógicos torna-se numa ferramenta que pode facilitar o projeto e implementação. Para a realização deste estudo, utilizou-se a placa de desenvolvimento da Anadigm AN231K04-DVLP3 juntamente com o software disponibilizado pela mesma empresa, o AnadigmDesigner2. Para a simulação e observação dos resultados foi utilizada a DAQ (Data Acquisition) Hilink da Zelton juntamente com o software Matlab. De forma a testar a implementação dos controladores fracionários nas FPAA foram realizados alguns circuitos no software e enviados para a FPAA comparando os resultados obtidos na simulação com os visualizados no osciloscópio. Por último foi projetado um controlador PIlDm recorrendo aos métodos de aproximação inteira descritos neste documento implementados na FPAA recorrendo ao uso de filtros de primeira e segunda ordem.

L’intégration de la perception visuelle du mouvement

La perception visuelle du mouvement est essentielle à l’exécution de déplacements sécuritaires ainsi qu’à l’interaction efficace avec notre environnement. C’est pourquoi il est nécessaire de comprendre la nature des mécanismes responsables de l’analyse de l’information sur le mouvement, ainsi que l’effet du vieillissement sur la réponse de ces mécanismes. Deux études seront présentées. La première avait pour but l’analyse des mécanismes responsables de la perception du mouvement de rotation fractale, nouveau stimulus introduit par Benton, O’Brien & Curran (2007). Ce type de stimulus a été créé afin d’isoler les mécanismes sensibles à la forme. Plusieurs auteurs ont suggéré que les mécanismes sensibles au mouvement de deuxième ordre utiliseraient les indices de position afin d’extraire l’information sur le mouvement (Seiffert & Cavanagh, 1998). Ainsi, la présente étude visait à déterminer si la rotation fractale est analysée par de tels mécanismes. Les résultats obtenus suggèrent que les mécanismes sensibles à la rotation fractale seraient basés sur l’orientation; tandis que ceux sensibles à la rotation de premier ordre, basés sur l’énergie. De plus, une certaine dissociation des mécanismes responsables du traitement de la rotation fractale et de premier ordre serait présente. La deuxième étude avait pour but, quant à elle, d’établir l’effet du vieillissement sur l’intégration du mouvement de premier et deuxième ordre. Les résultats indiquent que les mécanismes sensibles au mouvement de deuxième ordre seraient davantage affectés, comparativement à ceux de premier ordre. Ainsi, les fonctions visuelles requérant une intégration corticale de plus haut niveau seraient davantage affectées par l’effet du vieillissement.

Étude du traitement visuel simple et complexe chez les enfants autistes

Les personnes ayant un trouble du spectre autistique (TSA) manifestent des particularités perceptives. En vision, des travaux influents chez les adultes ont mené à l’élaboration d’un modèle explicatif du fonctionnement perceptif autistique qui suggère que l’efficacité du traitement visuel varie en fonction de la complexité des réseaux neuronaux impliqués (Hypothèse spécifique à la complexité). Ainsi, lorsque plusieurs aires corticales sont recrutées pour traiter un stimulus complexe (e.g., modulations de texture; attributs de deuxième ordre), les adultes autistes démontrent une sensibilité diminuée. À l’inverse, lorsque le traitement repose principalement sur le cortex visuel primaire V1 (e.g., modulations locales de luminance; attributs de premier ordre), leur sensibilité est augmentée (matériel statique) ou intacte (matériel dynamique). Cette dissociation de performance est spécifique aux TSA et peut s’expliquer, entre autre, par une connectivité atypique au sein de leur cortex visuel. Les mécanismes neuronaux précis demeurent néanmoins méconnus. De plus, on ignore si cette signature perceptuelle est présente à l’enfance, information cruciale pour les théories perceptives de l’autisme. Le premier volet de cette thèse cherche à vérifier, à l’aide de la psychophysique et l’électrophysiologie, si la double dissociation de performance entre les attributs statiques de premier et deuxième ordre se retrouve également chez les enfants autistes d’âge scolaire. Le second volet vise à évaluer chez les enfants autistes l’intégrité des connexions visuelles descendantes impliquées dans le traitement des textures. À cet effet, une composante électrophysiologique reflétant principalement des processus de rétroaction corticale a été obtenue lors d’une tâche de ségrégation des textures. Les résultats comportementaux obtenus à l’étude 1 révèlent des seuils sensoriels similaires entre les enfants typiques et autistes à l’égard des stimuli définis par des variations de luminance et de texture. Quant aux données électrophysiologiques, il n’y a pas de différence de groupe en ce qui concerne le traitement cérébral associé aux stimuli définis par des variations de luminance. Cependant, contrairement aux enfants typiques, les enfants autistes ne démontrent pas une augmentation systématique d’activité cérébrale en réponse aux stimuli définis par des variations de texture pendant les fenêtres temporelles préférentiellement associées au traitement de deuxième ordre. Ces différences d’activation émergent après 200 ms et engagent les aires visuelles extrastriées des régions occipito-temporales et pariétales. Concernant la connectivité cérébrale, l’étude 2 indique que les connexions visuelles descendantes sont fortement asymétriques chez les enfants autistes, en défaveur de la région occipito-temporale droite. Ceci diffère des enfants typiques pour qui le signal électrophysiologique reflétant l’intégration visuo-corticale est similaire entre l’hémisphère gauche et droit du cerveau. En somme, en accord avec l’hypothèse spécifique à la complexité, la représentation corticale du traitement de deuxième ordre (texture) est atypiquement diminuée chez les enfants autistes, et un des mécanismes cérébraux impliqués est une altération des processus de rétroaction visuelle entre les aires visuelles de haut et bas niveau. En revanche, contrairement aux résultats obtenus chez les adultes, il n’y a aucun indice qui laisse suggérer la présence de mécanismes supérieurs pour le traitement de premier ordre (luminance) chez les enfants autistes.

Caractérisation des réponses du PMLS au mouvement de deuxième ordre (modulé par le contraste)

La perception visuelle ne se résume pas à la simple perception des variations de la quantité de lumière qui atteint la rétine. L’image naturelle est en effet composée de variation de contraste et de texture que l’on qualifie d’information de deuxième ordre (en opposition à l’information de premier ordre : luminance). Il a été démontré chez plusieurs espèces qu’un mouvement de deuxième ordre (variation spatiotemporelle du contraste ou de la texture) est aisément détecté. Les modèles de détection du mouvement tel le modèle d’énergie d’Adelson et Bergen ne permettent pas d’expliquer ces résultats, car le mouvement de deuxième ordre n’implique aucune variation de la luminance. Il existe trois modèles expliquant la détection du mouvement de deuxième ordre : la présence d’une circuiterie de type filter-rectify-filter, un mécanisme de feature-tracking ou simplement l’existence de non-linéarités précoces dans le traitement visuel. Par ailleurs, il a été proposé que l’information visuelle de deuxième ordre soit traitée par une circuiterie neuronale distincte de celle qui traite du premier ordre. Bon nombre d’études réfutent cependant cette théorie et s’entendent sur le fait qu’il n’y aurait qu’une séparation partielle à bas niveau. Les études électrophysiologiques sur la perception du mouvement de deuxième ordre ont principalement été effectuées chez le singe et le chat. Chez le chat, toutefois, seules les aires visuelles primaires (17 et 18) ont été extensivement étudiées. L’implication dans le traitement du deuxième ordre de l’aire dédiée à la perception du mouvement, le Sulcus syprasylvien postéro-médian latéral (PMLS), n’est pas encore connue. Pour ce faire, nous avons étudié les profils de réponse des neurones du PMLS évoqués par des stimuli dont la composante dynamique était de deuxième ordre. Les profils de réponses au mouvement de deuxième ordre sont très similaires au premier ordre, bien que moins sensibles. Nos données suggèrent que la perception du mouvement par le PMLS serait de type form-cue invariant. En somme, les résultats démontrent que le PMLS permet un traitement plus complexe du mouvement du deuxième ordre et sont en accord avec son rôle privilégié dans la perception du mouvement.

Impacts fonctionnels du traumatisme craniocérébral léger sur la vision et l'équilibre postural chez l'adulte

Le traumatisme craniocérébral léger (TCCL) a des effets complexes sur plusieurs fonctions cérébrales, dont l’évaluation et le suivi peuvent être difficiles. Les problèmes visuels et les troubles de l’équilibre font partie des plaintes fréquemment rencontrées après un TCCL. En outre, ces problèmes peuvent continuer à affecter les personnes ayant eu un TCCL longtemps après la phase aiguë du traumatisme. Cependant, les évaluations cliniques conventionnelles de la vision et de l’équilibre ne permettent pas, la plupart du temps, d’objectiver ces symptômes, surtout lorsqu’ils s’installent durablement. De plus, il n’existe pas, à notre connaissance, d’étude longitudinale ayant étudié les déficits visuels perceptifs, en tant que tels, ni les troubles de l’équilibre secondaires à un TCCL, chez l’adulte. L’objectif de ce projet était donc de déterminer la nature et la durée des effets d’un tel traumatisme sur la perception visuelle et sur la stabilité posturale, en évaluant des adultes TCCL et contrôles sur une période d’un an. Les mêmes sujets, exactement, ont participé aux deux expériences, qui ont été menées les mêmes jours pour chacun des sujets. L’impact du TCCL sur la perception visuelle de réseaux sinusoïdaux définis par des attributs de premier et de second ordre a d’abord été étudié. Quinze adultes diagnostiqués TCCL ont été évalués 15 jours, 3 mois et 12 mois après leur traumatisme. Quinze adultes contrôles appariés ont été évalués à des périodes identiques. Des temps de réaction (TR) de détection de clignotement et de discrimination de direction de mouvement ont été mesurés. Les niveaux de contraste des stimuli de premier et de second ordre ont été ajustés pour qu’ils aient une visibilité comparable, et les moyennes, médianes, écarts-types (ET) et écarts interquartiles (EIQ) des TR correspondant aux bonnes réponses ont été calculés. Le niveau de symptômes a également été évalué pour le comparer aux données de TR. De façon générale, les TR des TCCL étaient plus longs et plus variables (plus grands ET et EIQ) que ceux des contrôles. De plus, les TR des TCCL étaient plus courts pour les stimuli de premier ordre que pour ceux de second ordre, et plus variables pour les stimuli de premier ordre que pour ceux de second ordre, dans la condition de discrimination de mouvement. Ces observations se sont répétées au cours des trois sessions. Le niveau de symptômes des TCCL était supérieur à celui des participants contrôles, et malgré une amélioration, cet écart est resté significatif sur la période d’un an qui a suivi le traumatisme. La seconde expérience, elle, était destinée à évaluer l’impact du TCCL sur le contrôle postural. Pour cela, nous avons mesuré l’amplitude d’oscillation posturale dans l’axe antéropostérieur et l’instabilité posturale (au moyen de la vitesse quadratique moyenne (VQM) des oscillations posturales) en position debout, les pieds joints, sur une surface ferme, dans cinq conditions différentes : les yeux fermés, et dans un tunnel virtuel tridimensionnel soit statique, soit oscillant de façon sinusoïdale dans la direction antéropostérieure à trois vitesses différentes. Des mesures d’équilibre dérivées de tests cliniques, le Bruininks-Oseretsky Test of Motor Proficiency 2nd edition (BOT-2) et le Balance Error Scoring System (BESS) ont également été utilisées. Les participants diagnostiqués TCCL présentaient une plus grande instabilité posturale (une plus grande VQM des oscillations posturales) que les participants contrôles 2 semaines et 3 mois après le traumatisme, toutes conditions confondues. Ces troubles de l’équilibre secondaires au TCCL n’étaient plus présents un an après le traumatisme. Ces résultats suggèrent également que les déficits affectant les processus d’intégration visuelle mis en évidence dans la première expérience ont pu contribuer aux troubles de l’équilibre secondaires au TCCL. L’amplitude d’oscillation posturale dans l’axe antéropostérieur de même que les mesures dérivées des tests cliniques d’évaluation de l’équilibre (BOT-2 et BESS) ne se sont pas révélées être des mesures sensibles pour quantifier le déficit postural chez les sujets TCCL. L’association des mesures de TR à la perception des propriétés spécifiques des stimuli s’est révélée être à la fois une méthode de mesure particulièrement sensible aux anomalies visuomotrices secondaires à un TCCL, et un outil précis d’investigation des mécanismes sous-jacents à ces anomalies qui surviennent lorsque le cerveau est exposé à un traumatisme léger. De la même façon, les mesures d’instabilité posturale se sont révélées suffisamment sensibles pour permettre de mesurer les troubles de l’équilibre secondaires à un TCCL. Ainsi, le développement de tests de dépistage basés sur ces résultats et destinés à l’évaluation du TCCL dès ses premières étapes apparaît particulièrement intéressant. Il semble également primordial d’examiner les relations entre de tels déficits et la réalisation d’activités de la vie quotidienne, telles que les activités scolaires, professionnelles ou sportives, pour déterminer les impacts fonctionnels que peuvent avoir ces troubles des fonctions visuomotrice et du contrôle de l’équilibre.

Structure of turbulent flow over arrays of cubical roughness

The structure of turbulent flow over large roughness consisting of regular arrays of cubical obstacles is investigated numerically under constant pressure gradient conditions. Results are analysed in terms of first- and second-order statistics, by visualization of instantaneous flow fields and by conditional averaging. The accuracy of the simulations is established by detailed comparisons of first- and second-order statistics with wind-tunnel measurements. Coherent structures in the log region are investigated. Structure angles are computed from two-point correlations, and quadrant analysis is performed to determine the relative importance of Q2 and Q4 events (ejections and sweeps) as a function of height above the roughness. Flow visualization shows the existence of low-momentum regions (LMRs) as well as vortical structures throughout the log layer. Filtering techniques are used to reveal instantaneous examples of the association of the vortices with the LMRs, and linear stochastic estimation and conditional averaging are employed to deduce their statistical properties. The conditional averaging results reveal the presence of LMRs and regions of Q2 and Q4 events that appear to be associated with hairpin-like vortices, but a quantitative correspondence between the sizes of the vortices and those of the LMRs is difficult to establish; a simple estimate of the ratio of the vortex width to the LMR width gives a value that is several times larger than the corresponding ratio over smooth walls. The shape and inclination of the vortices and their spatial organization are compared to recent findings over smooth walls. Characteristic length scales are shown to scale linearly with height in the log region. Whilst there are striking qualitative similarities with smooth walls, there are also important differences in detail regarding: (i) structure angles and sizes and their dependence on distance from the rough surface; (ii) the flow structure close to the roughness; (iii) the roles of inflows into and outflows from cavities within the roughness; (iv) larger vortices on the rough wall compared to the smooth wall; (v) the effect of the different generation mechanism at the wall in setting the scales of structures.

Segmental dynamics in entangled linear polymer melts

We present molecular dynamics (MD) and slip-springs model simulations of the chain segmental dynamics in entangled linear polymer melts. The time-dependent behavior of the segmental orientation autocorrelation functions and mean-square segmental displacements are analyzed for both flexible and semiflexible chains, with particular attention paid to the scaling relations among these dynamic quantities. Effective combination of the two simulation methods at different coarse-graining levels allows us to explore the chain dynamics for chain lengths ranging from Z ≈ 2 to 90 entanglements. For a given chain length of Z ≈ 15, the time scales accessed span for more than 10 decades, covering all of the interesting relaxation regimes. The obtained time dependence of the monomer mean square displacements, g1(t), is in good agreement with the tube theory predictions. Results on the first- and second-order segmental orientation autocorrelation functions, C1(t) and C2(t), demonstrate a clear power law relationship of C2(t) C1(t)m with m = 3, 2, and 1 in the initial, free Rouse, and entangled (constrained Rouse) regimes, respectively. The return-to-origin hypothesis, which leads to inverse proportionality between the segmental orientation autocorrelation functions and g1(t) in the entangled regime, is convincingly verified by the simulation result of C1(t) g1(t)−1 t–1/4 in the constrained Rouse regime, where for well-entangled chains both C1(t) and g1(t) are rather insensitive to the constraint release effects. However, the second-order correlation function, C2(t), shows much stronger sensitivity to the constraint release effects and experiences a protracted crossover from the free Rouse to entangled regime. This crossover region extends for at least one decade in time longer than that of C1(t). The predicted time scaling behavior of C2(t) t–1/4 is observed in slip-springs simulations only at chain length of 90 entanglements, whereas shorter chains show higher scaling exponents. The reported simulation work can be applied to understand the observations of the NMR experiments.