Fast Lattice Green's Function Methods for Viscous Incompressible Flows on Unbounded Domains

In this thesis, a collection of novel numerical techniques culminating in a fast, parallel method for the direct numerical simulation of incompressible viscous flows around surfaces immersed in unbounded fluid domains is presented. At the core of all these techniques is the use of the fundamental solutions, or lattice Green’s functions, of discrete operators to solve inhomogeneous elliptic difference equations arising in the discretization of the three-dimensional incompressible Navier-Stokes equations on unbounded regular grids. In addition to automatically enforcing the natural free-space boundary conditions, these new lattice Green’s function techniques facilitate the implementation of robust staggered-Cartesian-grid flow solvers with efficient nodal distributions and fast multipole methods. The provable conservation and stability properties of the appropriately combined discretization and solution techniques ensure robust numerical solutions. Numerical experiments on thin vortex rings, low-aspect-ratio flat plates, and spheres are used verify the accuracy, physical fidelity, and computational efficiency of the present formulations.

Efficiency, energy and stoichiometry in pelagic food webs; reciprocal roles of food quality and food quantity

In most lakes, zooplankton production is constrained by food quantity, but frequently high C:P poses an additional constraint on zooplankton production by reducing the carbon transfer efficiency from phytoplankton to zooplankton. This review addresses how the flux of matter and energy in pelagic food webs is regulated by food quantity in terms of C and its stoichiometric quality in terms of C:P. Increased levels of light, CO2 and phosphorus could each increase seston mass and, hence, food quantity for zooplankton, but while light and CO2 each cause increased C:P (i.e. reduced food quality for herbivores), increased P may increase seston mass and its stoichiometric quality by reducing C:P. Development of food quality and food quantity in response to C- or P-enrichments will differ between 'batch-type' lakes (dominated by one major, seasonal input of water and nutrients) and 'continuous-culture' types of lakes with a more steady flow-rate of water and nutrients. The reciprocal role of food quantity and stoichiometric quality will depend strongly on facilitation via grazing and recycling by the grazers, and this effect will be most important in systems with low renewal rates. At high food abundance but low quality, there will be a 'quality starvation' in zooplankton. From a management point of view, stoichiometric theory offers a general tool-kit for understanding the integrated role of C and P in food webs and how food quantity and stoichiometric quality (i.e. C:P) regulate energy flow and trophic efficiency from base to top in food webs.From a management point of view, stoichiometric theory offers a general tool-kit for understanding the integrated role of C and P in food webs and how food quantity and stoichiometric quality (i.e. C:P) regulate energy flow and trophic efficiency from base to top in food webs.

The food of coarse fish

Remarkably little has been published on the feeding habits of the non-salmonid fishes of British fresh waters. The following report briefly summarizes the results obtained from the examination of the stomach contents of some 2,700 fish, belonging to 19 species, which were obtained during 1939. The results of all examinations of gut contents were analysed, species by species, upon a simple basis of the presence of different types of food. Foodstuffs were divided up into six main categories— fish, molluscs, insects, crustaceans, higher plants together with filamentous algae, and diatoms—and the occurrence of members of any of these categories was recorded for each fish.

The production of freshwater fish for food

It has been estimated that in England and Wales fresh water covers some 340 square miles of which about one quarter is inhabited mainly by salmon and trout; in Scotland the lakes cover an area of 340 square miles. The principal object of this publication is to make available in handy form some of the methods, especially those involving the use of manures, by which crops of fish from water can be increased. The cultivation of water which this implies may be compared directly to the cultivation of farm land: the conditions for growth are made as favourable as possible, the seed is sown in the form of young fish, and after one or perhaps two growing seasons the crop is harvested. There are however many waters about the country where marketable fish are already available and can be removed without prejudice to, and indeed to the advantage of, sporting fisheries. In such cases it is necessary only to remove the fish and to rely on the natural processes of reproduction of those which are left to repopulate the water. Farming waters in the true sense is the concern of the greater part of this publication; the removal of crops of otherwise unwanted fish is considered in the last two sections on perch trapping and eel fisheries.

Natural cone formation for fast ignition of laser fusion

We propose to utilize the leading pulse of a petawatt class laser to create a conic plasma channel in the dense plasmas. This plasma channel could serve as a natural cone to guide the main pulse to the cone tip, as behaves similarly to the physical Au cone. We estimate that the leading pulse of a petawatt laser could create a natural cone with cone tip only about 100 mu m away from the edge of compressed core plasma. The natural cone formation should be compatible for a good uniform compression and efficient fast heating of the imploded fuel.

Acoplamento de técnicas espectrométricas com métodos quimiométricos de classificação e calibração multivariada em alimentos

Este trabalho de pesquisa descreve três estudos de utilização de métodos quimiométricos para a classificação e caracterização de óleos comestíveis vegetais e seus parâmetros de qualidade através das técnicas de espectrometria de absorção molecular no infravermelho médio com transformada de Fourier e de espectrometria no infravermelho próximo, e o monitoramento da qualidade e estabilidade oxidativa do iogurte usando espectrometria de fluorescência molecular. O primeiro e segundo estudos visam à classificação e caracterização de parâmetros de qualidade de óleos comestíveis vegetais utilizando espectrometria no infravermelho médio com transformada de Fourier (FT-MIR) e no infravermelho próximo (NIR). O algoritmo de Kennard-Stone foi usado para a seleção do conjunto de validação após análise de componentes principais (PCA). A discriminação entre os óleos de canola, girassol, milho e soja foi investigada usando SVM-DA, SIMCA e PLS-DA. A predição dos parâmetros de qualidade, índice de refração e densidade relativa dos óleos, foi investigada usando os métodos de calibração multivariada dos mínimos quadrados parciais (PLS), iPLS e SVM para os dados de FT-MIR e NIR. Vários tipos de pré-processamentos, primeira derivada, correção do sinal multiplicativo (MSC), dados centrados na média, correção do sinal ortogonal (OSC) e variação normal padrão (SNV) foram utilizados, usando a raiz quadrada do erro médio quadrático de validação cruzada (RMSECV) e de predição (RMSEP) como parâmetros de avaliação. A metodologia desenvolvida para determinação de índice de refração e densidade relativa e classificação dos óleos vegetais é rápida e direta. O terceiro estudo visa à avaliação da estabilidade oxidativa e qualidade do iogurte armazenado a 4C submetido à luz direta e mantido no escuro, usando a análise dos fatores paralelos (PARAFAC) na luminescência exibida por três fluoróforos presentes no iogurte, onde pelo menos um deles está fortemente relacionado com as condições de armazenamento. O sinal fluorescente foi identificado pelo espectro de emissão e excitação das substâncias fluorescentes puras, que foram sugeridas serem vitamina A, triptofano e riboflavina. Modelos de regressão baseados nos escores do PARAFAC para a riboflavina foram desenvolvidos usando os escores obtidos no primeiro dia como variável dependente e os escores obtidos durante o armazenamento como variável independente. Foi visível o decaimento da curva analítica com o decurso do tempo da experimentação. Portanto, o teor de riboflavina pode ser considerado um bom indicador para a estabilidade do iogurte. Assim, é possível concluir que a espectroscopia de fluorescência combinada com métodos quimiométricos é um método rápido para monitorar a estabilidade oxidativa e a qualidade do iogurte

Fast and Efficient Neural Conversion of Human Hematopoietic Cells

Neurons obtained directly from human somatic cells hold great promise for disease modeling and drug screening. Available protocols rely on overexpression of transcription factors using integrative vectors and are often slow, complex, and inefficient. We report a fast and efficient approach for generating induced neural cells (iNCs) directly from human hematopoietic cells using Sendai virus. Upon SOX2 and c-MYC expression, CD133-positive cord blood cells rapidly adopt a neuroepithelial morphology and exhibit high expansion capacity. Under defined neurogenic culture conditions, they express mature neuronal markers and fire spontaneous action potentials that can be modulated with neurotransmitters. SOX2 and c-MYC are also sufficient to convert peripheral blood mononuclear cells into iNCs. However, the conversion process is less efficient and resulting iNCs have limited expansion capacity and electrophysiological activity upon differentiation. Our study demonstrates rapid and efficient generation of iNCs from hematopoietic cells while underscoring the impact of target cells on conversion efficiency.

Alimentação fora do domicílio no Brasil e sua associação com obesidade: pesquisa de orçamentos familiares 2002-2003

A alimentação fora do domicílio tem aumentado em muitos países, inclusive no Brasil, e esse hábito tem sido associado com o aumento da obesidade em países desenvolvidos. O objetivo desse trabalho é caracterizar a alimentação fora do domicílio na população brasileira e avaliar sua associação com a obesidade. Utilizou-se os dados da Pesquisa de Orçamentos Familiares (POF) 2002-2003 realizada pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Foram incluídos na análise todos os indivíduos acima de 10 anos (N=146.525). Estimou-se as frequências de consumo de alimentos fora do domicílio segundo idade, gênero, nível de escolaridade, renda mensal familiar per capita, situação do domicílio (urbana/rural) e localização do domicílio (município da capital do estado ou outro). O consumo de alimentos fora do domicílio foi definido como a aquisição de, pelo menos, um tipo de alimento para consumo fora de casa no período de sete dias. Foram também estimadas as frequências do consumo de nove grupos de alimentos (bebidas alcoólicas, refrigerantes, biscoitos, frutas, doces, leite e derivados, refeições, fast foods e salgadinhos), segundo idade, gênero, renda mensal familiar per capita e situação do domicílio. Uma segunda análise avaliou a associação entre consumo fora de casa e obrepeso/obesidade dos indivíduos entre 25 e 65 anos de idade residentes em domicílios situados na área urbana (N=56.178). A prevalência de consumo fora do domicílio foi de 35%, sendo maior para os adultos jovens, do gênero masculino, com maior nível de escolaridade e de renda mensal familiar per capita, residentes em domicílios situados na área urbana e no município da capital. O grupo dos refrigerantes entre os demais itens alimentares foi o que apresentou maior frequência de consumo fora de casa no Brasil. O consumo de alimentos fora de casa foi positivamente associado com sobrepeso e obesidade somente em homens. O consumo de refeições e de refrigerantes fora do domicílio apresentou maior associação com sobrepeso e obesidade entre os homens, no entanto apresentou associação negativa entre as mulheres. Os gastos com refeições consumidas fora do domicílio foram em média quase três vezes maiores do que os gastos com o consumo de fast-foods. Em conclusão, a idade, o gênero, a escolaridade, a renda e o local de moradia influenciam o consumo de alimentos fora do domicílio, fatores a serem incorporados nas políticas públicas de alimentação saudável. Particularmente os homens parecem fazer escolhas alimentares menos saudáveis quando se alimentam fora do domicílio.

Relativistic force between fast electrons and planar targets

The full retarded electromagnetic force experienced by swift electrons moving parallel to planar boundaries is revisited, for both metallic and dielectric targets, with special emphasis on the consequences in electron microscopy experiments. The focus is placed on the sign of the transverse force experienced by the electron beam as a function of the impact parameter. For point probes, the force is found to be always attractive. The contribution of the induced magnetic field and the causality requirements of the target dielectric response, given by the Kramers-Kronig (K-K) relations, prove to be crucial issues at small impact parameters. For spatially extended probes, repulsive forces are predicted for close trajectories, in agreement with previous works. The force experienced by the target is also explored, with the finding that in insulators, the momentum associated to Cherenkov radiation (CR) is relevant at large impact parameters.