The modeling of turbulent reactive flows based on multiple mapping conditioning

A new modeling approach-multiple mapping conditioning (MMC)-is introduced to treat mixing and reaction in turbulent flows. The model combines the advantages of the probability density function and the conditional moment closure methods and is based on a certain generalization of the mapping closure concept. An equivalent stochastic formulation of the MMC model is given. The validity of the closuring hypothesis of the model is demonstrated by a comparison with direct numerical simulation results for the three-stream mixing problem. (C) 2003 American Institute of Physics.

The tree cut and merge algorithm for estimation of network reliability

This article presents Monte Carlo techniques for estimating network reliability. For highly reliable networks, techniques based on graph evolution models provide very good performance. However, they are known to have significant simulation cost. An existing hybrid scheme (based on partitioning the time space) is available to speed up the simulations; however, there are difficulties with optimizing the important parameter associated with this scheme. To overcome these difficulties, a new hybrid scheme (based on partitioning the edge set) is proposed in this article. The proposed scheme shows orders of magnitude improvement of performance over the existing techniques in certain classes of network. It also provides reliability bounds with little overhead.

Are Ichthyosporea animals or fungi? Bayesian phylogenetic analysis of elongation factor 1α of Ichthyophonus irregularis

Ichthyosporea is a recently recognized group of morphologically simple eukaryotes, many of which cause disease in aquatic organisms. Ribosomal RNA sequence analyses place Ichthyosporea near the divergence of the animal and fungal lineages, but do not allow resolution of its exact phylogenetic position. Some of the best evidence for a specific grouping of animals and fungi (Opisthokonta) has come from elongation factor 1alpha, not only phylogenetic analysis of sequences but also the presence or absence of short insertions and deletions. We sequenced the EF-1alpha gene from the ichthyosporean parasite Ichthyophonus irregularis and determined its phylogenetic position using neighbor-joining, parsimony and Bayesian methods. We also sequenced EF-1alpha genes from four chytrids to provide broader representation within fungi. Sequence analyses and the presence of a characteristic 12 amino acid insertion strongly indicate that I. irregularis is a member of Opisthokonta, but do not resolve whether I. irregularis is a specific relative of animals or of fungi. However, the EF-1alpha of I. irregularis exhibits a two amino acid deletion heretofore reported only among fungi. (C) 2003 Elsevier Science (USA). All rights reserved.

Adsorption of supercritical fluids in non-porous and porous carbons: analysis of adsorbed phase volume and density

In this paper, we revisit the surface mass excess in adsorption studies and investigate the role of the volume of the adsorbed phase and its density in the analysis of supercritical gas adsorption in non-porous as well as microporous solids. For many supercritical fluids tested (krypton, argon, nitrogen, methane) on many different carbonaceous solids, it is found that the volume of the adsorbed phase is confined mostly to a geometrical volume having a thickness of up to a few molecular diameters. At high pressure the adsorbed phase density is also found to be very close to but never equal or greater than the liquid phase density. (C) 2003 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Analysis of multicomponent adsorption kinetics on activated carbon

An integrated mathematical model for the kinetics of multicomponent adsorption on microporous carbon was developed. Transport in this bidisperse solid is represented by balance equations in the macropore and micropore phases, in which gas-phase diffusion dominates the mass transfer in the macropores, with the phenomenological diffusivities represented by the generalized Maxwell-Stefan (GMS) formulation. Viscous flow also contributes to the macropore fluxes and is included in the MS expressions. Diffusion of the adsorbed phase controls the mass transfer in the micro ore phase, p which is also described in a similar way by the MS method. The adsorption isotherms are represented by a new heterogeneous modified vacancy solution theory formulation of adsorption, which has proved to be a robust method for adsorption on activated carbons. The model is applied to the coadsorption and codesorption of C2H6 and C3H8 on Ajax and Norit carbon, as well as the displacement on Ajax carbon. The effect of the viscous flow in the macropore phase is not significant for the cases studied. The model accurately predicts the overshoot behavior and rollup of C2H6 during coadsorption. The prediction for the heavier compound C3H8 is always satisfactory, though at higher C3H8 mole fraction, the overshoot extent of C2H6 is overpredicted, possibly due to neglect of heat effects.

Estudo da não linearidade dos modelos de Oswin e Halsey aplicados na construção de isotermas

Os modelos de regressão Oswin e Halsey são utilizados na engenharia de alimentos na estimação de curvas de isotermas de adsorção, úteis em diversas aplicações. No entanto, por serem não lineares, podem-se questionar a validade de previsão do comportamento assintótico, ou equivalentemente, a extensão do comportamento linear. Mediante o exposto, o objetivo deste trabalho foi estudar esses modelos na construção de isotermas com a realização de um estudo via simulação Monte Carlo, no qual foram gerados valores aleatórios de níveis de atividades de água (a w) como variável independente para os referidos modelos. Com enfoque na obtenção dos resultados das propriedades de não linearidade, concluiu-se, por meio da medida de curvatura intrínseca, que ambos os modelos, quando utilizados com altos valores de a w, comportaram-se de forma similar, obtendo-se resultados promissores em relação à complexidade de convergência. Os resultados da curvatura extrínseca evidenciaram que em todas as faixas de a w avaliadas os modelos carecem de uma parametrização que possa garantir um comportamento mais próximo ao linear.

Uso de alguns estimadores ridge na análise estatística de experimentos em entomologia

Inúmeros experimentos em ciências agrárias apresentam variáveis que podem dar origem a problemas de multicolinearidade. Em se tratando da aplicabilidade de modelos de regressão, o problema da multicolinearidade tem como principal consequência o inflacionamento dos erros padrão e, com isso, o valor da estatística t-student é reduzido de tal forma que interfere nos resultados inferenciais. Várias medidas são propostas, na literatura, para resolver o problema de multicolinearidade. Entretanto, o desempenho dessas medidas está sujeito ao grau de multicolinearidade que as variáveis poderão apresentar, bem como ao tamanho amostral. Frente a este problema, este trabalho tem por objetivo avaliar alguns estimadores ridge, utilizando simulação Monte Carlo, bem como, apresentar a aplicação desses estimadores em um experimento, com dados reais, na área de entomologia. Mediante esta aplicação, os resultados expressivos alcançados foram obtidos em função da eficiência dos estimadores ridge avaliados, em relação ao estimador de mínimos quadrados. Em se tratando dos resultados computacionais, concluiu-se que estimadores ridge avaliados são recomendáveis, em experimentos que considerem as variáveis com diferentes graus de multicolinearidade, para amostras maiores do que n=50.

Estimativa do risco de carcinogénese associado à radiação X no cateterismo ureteral "duplo J"

Introdução: Porque o cateterismo ureteral “duplo J” implica a exposição do doente a radiação X, com tempos de exposição consideráveis, incidentes numa região anatómica constituída por diversos órgãos, existem dúvidas em relação aos riscos associados à dose de radiação acumulada pelos doentes. O objectivo deste trabalho centrou-se em clarificar estas dúvidas através da estimação quantitativa do risco de carcinogénese associado à dose de radiação. Método: Foram estudados dados relativos a 146 doentes submetidos a procedimentos de cateterismo ureteral “duplo J” no Serviço de Urologia do Hospital de Santa Maria (HSM). As doses eficazes foram determinadas através de métodos Monte Carlo. O risco de carcinogénese foi estimado com base na relação linear dose/efeito, sem limiar de dose, por coeficientes de probabilidade. Resultados: Como resultados mais relevantes, estimou-se que 1 colocação seguida de 1 extracção do cateter “duplo J” proporciona ao doente um risco acrescido de carcinogénese de 0,012%, ou seja, cerca de 1 doente em 8330 desenvolve cancro radio-induzido. Estima-se também, por exemplo, que um doente submetido a 1 colocação, 1 substituição e 1 extracção é, em média, submetido a uma dose eficaz de 4,47mSv, valor de dose semelhante ao proporcionado por uma TC abdominal. Conclusão: Quando comparamos os riscos associados à radiação com o benefício clínico de “poupar” a função renal, concluímos que os benefícios são inestimavelmente mais importantes que os riscos. De qualquer forma, verificamos que existe sempre, ainda que relativamente baixo, algum risco associado aos níveis de dose. Assim, os princípios da Justificação e da Optimização deverão ser sempre equacionados neste tipo de procedimentos.

Fluorescence Microscopy Imaging Denoising with Log-Euclidean Priors and Photobleaching Compensation

Fluorescent protein microscopy imaging is nowadays one of the most important tools in biomedical research. However, the resulting images present a low signal to noise ratio and a time intensity decay due to the photobleaching effect. This phenomenon is a consequence of the decreasing on the radiation emission efficiency of the tagging protein. This occurs because the fluorophore permanently loses its ability to fluoresce, due to photochemical reactions induced by the incident light. The Poisson multiplicative noise that corrupts these images, in addition with its quality degradation due to photobleaching, make long time biological observation processes very difficult. In this paper a denoising algorithm for Poisson data, where the photobleaching effect is explicitly taken into account, is described. The algorithm is designed in a Bayesian framework where the data fidelity term models the Poisson noise generation process as well as the exponential intensity decay caused by the photobleaching. The prior term is conceived with Gibbs priors and log-Euclidean potential functions, suitable to cope with the positivity constrained nature of the parameters to be estimated. Monte Carlo tests with synthetic data are presented to characterize the performance of the algorithm. One example with real data is included to illustrate its application.

Quantificação do movimento respiratório em lesões pulmonares de imagens microPET

Porquê imagem PET em pequeno animal? Estudos longitudinais do mesmo animal; ferramenta de valor inestimável em imagem molecular (estudos biológicos, desenvolvimento de novos fármacos, expressão genética, etc.); ligação entre o modelo animal e o Homem. Porquê simulações Monte Carlo? Desenvolvimento e optimização de métodos de reconstrução; validação de metodologias de correcção; desenvolvimento e optimização do design de novos scanners; ferramenta de análise quantitativa.

A gestão do risco associado à negociação de energia eléctrica através de contratos bilaterais e mercado spot

Num mercado de electricidade competitivo onde existe um ambiente de incerteza, as empresas de geração adoptam estratégias que visam a maximização do lucro, e a minimização do risco. Neste contexto, é de extrema importância para desenvolver uma estratégia adequada de gestão de risco ter em conta as diferentes opções de negociação de energia num mercado liberalizado, de forma a suportar a tomada de decisões na gestão de risco. O presente trabalho apresenta um modelo que avalia a melhor estratégia de um produtor de energia eléctrica que comercializa num mercado competitivo, onde existem dois mercados possíveis para a transacção de energia: o mercado organizado (bolsa) e o mercado de contratos bilaterais. O produtor tenta maximizar seus lucros e minimizar os riscos correspondentes, seleccionando o melhor equilíbrio entre os dois mercados possíveis (bolsa e bilateral). O mercado de contratos bilaterais visa gerir adequadamente os riscos inerentes à operação de mercados no curto prazo (mercado organizado) e dar o vendedor / comprador uma capacidade real de escolher o fornecedor com que quer negociar. O modelo apresentado neste trabalho faz uma caracterização explícita do risco no que diz respeito ao agente de mercado na questão da sua atitude face ao risco, medido pelo Value at Risk (VaR), descrito neste trabalho por Lucro-em-Risco (PAR). O preço e os factores de risco de volume são caracterizados por um valor médio e um desvio padrão, e são modelizados por distribuições normais. Os resultados numéricos são obtidos utilizando a simulação de Monte Carlo implementado em Matlab, e que é aplicado a um produtor que mantém uma carteira diversificada de tecnologias de geração, para um horizonte temporal de um ano. Esta dissertação está organizada da seguinte forma: o capítulo 1, 2 e 3 descrevem o estado-da-arte relacionado com a gestão de risco na comercialização de energia eléctrica. O capítulo 4 descreve o modelo desenvolvido e implementado, onde é também apresentado um estudo de caso com uma aplicação do modelo para avaliar o risco de negociação de um produtor. No capítulo 5 são apresentadas as principais conclusões.

The folding of knotted proteins: insights from lattice simulations

We carry out systematic Monte Carlo simulations of Go lattice proteins to investigate and compare the folding processes of two model proteins whose native structures differ from each other due to the presence of a trefoil knot located near the terminus of one of the protein chains. We show that the folding time of the knotted fold is larger than that of the unknotted protein and that this difference in folding time is particularly striking in the temperature region below the optimal folding temperature. Both proteins display similar folding transition temperatures, which is indicative of similar thermal stabilities. By using the folding probability reaction coordinate as an estimator of folding progression we have found out that the formation of the knot is mainly a late folding event in our shallow knot system.

Simulation of default events in a CDX and estimation of the spread

The portfolio generating the iTraxx EUR index is modeled by coupled Markov chains. Each of the industries of the portfolio evolves according to its own Markov transition matrix. Using a variant of the method of moments, the model parameters are estimated from a data set of Standard and Poor's. Swap spreads are evaluated by Monte-Carlo simulations. Along with an actuarially fair spread, at least squares spread is considered.

Mapping atmospheric pollutants emissions in European countries

In this paper we present a methodology which enables the graphical representation, in a bi-dimensional Euclidean space, of atmospheric pollutants emissions in European countries. This approach relies on the use of Multidimensional Unfolding (MDU), an exploratory multivariate data analysis technique. This technique illustrates both the relationships between the emitted gases and the gases and their geographical origins. The main contribution of this work concerns the evaluation of MDU solutions. We use simulated data to define thresholds for the model fitting measures, allowing the MDU output quality evaluation. The quality assessment of the model adjustment is thus carried out as a step before interpretation of the gas types and geographical origins results. The MDU maps analysis generates useful insights, with an immediate substantive result and enables the formulation of hypotheses for further analysis and modeling.

New physics contributions to A(FB)(t(t)over-bar) at the Tevatron

The Tevatron has measured a discrepancy relative to the standard model prediction in the forward-backward asymmetry in top quark pair production. This asymmetry grows with the rapidity difference of the two top quarks. It also increases with the invariant mass of the t (t) over bar pair, reaching, for high invariant masses, 3.4 standard deviations above the next-to-leading order prediction for the charge asymmetry of QCD. However, perfect agreement between experiment and the standard model was found in both total and differential cross section of top quark pair production. As this result could be a sign of new physics we have parametrized this new physics in terms of a complete set of dimension six operators involving the top quark. We have then used a Markov chain Monte Carlo approach in order to find the best set of parameters that fits the data, using all available data regarding top quark pair production at the Tevatron. We have found that just a very small number of operators are able to fit the data better than the standard model.