搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

局域浓度调控扩散系数的次氯酸-碘离子-丙二酸系统图灵斑图形成中的反常扩散

胡文勇 邵元智

引用本文:
Citation:

局域浓度调控扩散系数的次氯酸-碘离子-丙二酸系统图灵斑图形成中的反常扩散

胡文勇, 邵元智

Anomalous diffusion in the formation of Turing pattern for the chlorine-iodine-malonic-acid system with a local concentration depended diffusivity

Hu Wen-Yong, Shao Yuan-Zhi
PDF
导出引用
  • 通过数值模拟及振幅方程解析解方法, 从实空间和倒空间分析了受局域浓度扩散系数调控下次氯酸-碘离子-丙二酸反应扩散系统图灵斑图形成的扩散机理. 在零扩散系数调节下, 斑图形成为典型的菲克扩散; 而在负向正向扩散系数调节下, 斑图的形成依赖欠扩散和超扩散. 图灵系统的浓度稳态振幅对随机初始条件敏感性随局域浓度扩散调控系数k的增大而增加.
    We have addressed numerically and analytically the diffusion mechanism of Turing pattern formation for the chlorine-iodine-malonic-acid system with a local concentration depended diffusivity (LCDD) in a two-dimensional space as well as its reciprocal counterpart. It is found that the Turing pattern develops in a normal way of Fickian diffusion when LCDD is not involved, namely with a zero LCDD adjusting parameter. The formation of a Turing pattern evolves in an abnormal way of either subdiffusion or superdiffusion when a non-zero LCDD adjusting parameter is taken into account, and a negative or a positive value of LCDD parameter corresponds to a subdiffusion or a superdiffusion. The sensitivity of the steady amplitude of the activator concentration of a Turing system to a random initial condition increases with increasing LCDD parameter.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11274394)、广东省自然科学基金(批准号:S2012010010542)、中央高校基本科研业务费专项资金(批准号:11lgjc12)和高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20110171110023)资助的课题.
    • Funds: Projected supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11274394), the Natural Science Foundation of Guangdong Province, China (Grant No. S2012010010542), the Fundamental Research Funds for the Central Universities of China (Grant No. 11lgjc12), and the Specialized Research Foundation for the Doctoral Program of Institution of Higher Education of China (Grant No. 20110171110023).
    [1]

    Lengyel I, Epstein I R 1991 Science 251 650

    [2]

    Rudovics B, Barillot E, Davies P D, Dulos E, Boissonade J, Kepper D P 1999 J. Phys. Chem. A 103 1790

    [3]

    Ouyang Q 2000 Pattern Formation in Reaction-Diffusion Systems (Shanghai: Shanghai Scientific and Technological Education Publishing House) pp1-4 (in Chinese) [欧阳颀 2000 反应扩散系统中的斑图动力学 (上海: 上海科技教育出版社) 第1–4页]

    [4]

    Ouyang Q, Swinney H L 1991 Nature 352 610

    [5]

    Muñuzuri A P, Dolnik M, Zhabotinsky A M, Epstein I R 1999 J. Am. Chem. Soc. 121 8065

    [6]

    Horváth A K, Dolnik M, Muñuzuri A P, Zhabotinsky A M, Epstein I R 1999 Phys. Rev. Lett. 83 2950

    [7]

    Chen J X, Zhang H, Li Y Q 2009 J. Chem. Phys. 130 124510

    [8]

    Chen W Q, Zhang H, Ying H P, Li B W, Chen J X 2007 J. Chem. Phys. 127 154708

    [9]

    Lesmes F, Hochberg D, Morán F, Pérez-Mercader J 2003 Phys. Rev. Lett. 91 238301

    [10]

    Alonso S, Sagués F 2009 Phys. Rev. E 80 035203(R)

    [11]

    Wang W M, Liu H Y, Cai Y L, Li Z Q 2011 Chin. Phys. B 20 074702

    [12]

    He Y F, Liu F C, Fan W L, Dong L F 2012 Chin. Phys. B 21 034701

    [13]

    Sun G Q, Jin Z, Liu Q X, Li L 2008 Chin. Phys. B 17 3936

    [14]

    Yang L F, Epstein I R 2003 Phys. Rev. Lett. 90 178303

    [15]

    Woolley T E, Baker R E, Gaffney E A, Maini P K 2011 Phys. Rev. E 84 041905

    [16]

    Catllá A J, McNamara A, Topaz C M 2012 Phys. Rev. E 85 026215

    [17]

    Shoji H, Iwasa Y, Mochizuki A, Kondo S 2002 J. Theor. Biol. 214 549

    [18]

    Shoji H, Mochizuki A, Iwasa Y, Hirata M, Watanabe T, Hioki S, Kondo S 2003 Dev. Dyn. 226 627

    [19]

    Shoji H, Iwasa Y, Kondo S 2003 J. Theor. Biol. 224 339

    [20]

    Roussel M R, Wang J 2004 J. Chem. Phys. 120 8079

    [21]

    Roussel M R, Wang J 2001 Phys. Rev. Lett. 87 188302

    [22]

    Kuntz M, Lavallee P 2003 J. Phys. D: Appl. Phys. 36 1135

    [23]

    Kuntz M, Lavallee P 2004 J. Phys. D: Appl. Phys. 37 L5

    [24]

    Li W S, Hu W Y, Pang Y C, Liu T R, Zhong W R, Shao Y Z 2012 Phys. Rev. E 85 066132

  • [1]

    Lengyel I, Epstein I R 1991 Science 251 650

    [2]

    Rudovics B, Barillot E, Davies P D, Dulos E, Boissonade J, Kepper D P 1999 J. Phys. Chem. A 103 1790

    [3]

    Ouyang Q 2000 Pattern Formation in Reaction-Diffusion Systems (Shanghai: Shanghai Scientific and Technological Education Publishing House) pp1-4 (in Chinese) [欧阳颀 2000 反应扩散系统中的斑图动力学 (上海: 上海科技教育出版社) 第1–4页]

    [4]

    Ouyang Q, Swinney H L 1991 Nature 352 610

    [5]

    Muñuzuri A P, Dolnik M, Zhabotinsky A M, Epstein I R 1999 J. Am. Chem. Soc. 121 8065

    [6]

    Horváth A K, Dolnik M, Muñuzuri A P, Zhabotinsky A M, Epstein I R 1999 Phys. Rev. Lett. 83 2950

    [7]

    Chen J X, Zhang H, Li Y Q 2009 J. Chem. Phys. 130 124510

    [8]

    Chen W Q, Zhang H, Ying H P, Li B W, Chen J X 2007 J. Chem. Phys. 127 154708

    [9]

    Lesmes F, Hochberg D, Morán F, Pérez-Mercader J 2003 Phys. Rev. Lett. 91 238301

    [10]

    Alonso S, Sagués F 2009 Phys. Rev. E 80 035203(R)

    [11]

    Wang W M, Liu H Y, Cai Y L, Li Z Q 2011 Chin. Phys. B 20 074702

    [12]

    He Y F, Liu F C, Fan W L, Dong L F 2012 Chin. Phys. B 21 034701

    [13]

    Sun G Q, Jin Z, Liu Q X, Li L 2008 Chin. Phys. B 17 3936

    [14]

    Yang L F, Epstein I R 2003 Phys. Rev. Lett. 90 178303

    [15]

    Woolley T E, Baker R E, Gaffney E A, Maini P K 2011 Phys. Rev. E 84 041905

    [16]

    Catllá A J, McNamara A, Topaz C M 2012 Phys. Rev. E 85 026215

    [17]

    Shoji H, Iwasa Y, Mochizuki A, Kondo S 2002 J. Theor. Biol. 214 549

    [18]

    Shoji H, Mochizuki A, Iwasa Y, Hirata M, Watanabe T, Hioki S, Kondo S 2003 Dev. Dyn. 226 627

    [19]

    Shoji H, Iwasa Y, Kondo S 2003 J. Theor. Biol. 224 339

    [20]

    Roussel M R, Wang J 2004 J. Chem. Phys. 120 8079

    [21]

    Roussel M R, Wang J 2001 Phys. Rev. Lett. 87 188302

    [22]

    Kuntz M, Lavallee P 2003 J. Phys. D: Appl. Phys. 36 1135

    [23]

    Kuntz M, Lavallee P 2004 J. Phys. D: Appl. Phys. 37 L5

    [24]

    Li W S, Hu W Y, Pang Y C, Liu T R, Zhong W R, Shao Y Z 2012 Phys. Rev. E 85 066132

  • [1] 陆源杉, 肖敏, 万佑红, 丁洁, 蒋海军. 交叉扩散驱动的SI模型空间斑图. 物理学报, 2024, 73(8): 080201. doi: 10.7498/aps.73.20231877
    [2] 孟星柔, 刘若琪, 贺亚峰, 邓腾坤, 刘富成. 反应扩散系统中交叉扩散引发的图灵斑图之间的转变. 物理学报, 2023, 72(19): 198201. doi: 10.7498/aps.72.20230333
    [3] 刘倩, 田淼, 范伟丽, 贾萌萌, 马凤娜, 刘富成. 空间周期性驱动对双层耦合反应扩散系统中图灵斑图的影响. 物理学报, 2022, 71(9): 098201. doi: 10.7498/aps.71.20212148
    [4] 刘若琪, 贾萌萌, 范伟丽, 贺亚峰, 刘富成. 异质环境下各向异性扩散对图灵斑图的影响. 物理学报, 2022, 71(24): 248201. doi: 10.7498/aps.71.20221294
    [5] 刘雅慧, 董梦菲, 刘富成, 田淼, 王硕, 范伟丽. 双层耦合非对称反应扩散系统中的振荡图灵斑图. 物理学报, 2021, 70(15): 158201. doi: 10.7498/aps.70.20201710
    [6] 刘富成, 刘雅慧, 周志向, 郭雪, 董梦菲. 双层耦合非对称反应扩散系统中的超点阵斑图. 物理学报, 2020, 69(2): 028201. doi: 10.7498/aps.69.20191353
    [7] 郭慧, 王雅君, 王林雪, 张晓斐. 玻色-爱因斯坦凝聚中的环状暗孤子动力学. 物理学报, 2020, 69(1): 010302. doi: 10.7498/aps.69.20191424
    [8] 张荣培, 王震, 王语, 韩子健. 反应扩散模型在图灵斑图中的应用及数值模拟. 物理学报, 2018, 67(5): 050503. doi: 10.7498/aps.67.20171791
    [9] 倪之玮, 李新政, 白占国, 李燕. 反应扩散系统中反螺旋波与反靶波的数值研究. 物理学报, 2018, 67(18): 188201. doi: 10.7498/aps.67.20180864
    [10] 白占国, 刘富成, 董丽芳. 六边形格子态斑图的数值模拟. 物理学报, 2015, 64(21): 210505. doi: 10.7498/aps.64.210505
    [11] 李新政, 白占国, 李燕, 赵昆, 贺亚峰. 双层非线性耦合反应扩散系统中复杂Turing斑图. 物理学报, 2013, 62(22): 220503. doi: 10.7498/aps.62.220503
    [12] 贺亚峰, 冯晓敏, 张亮. 气体放电系统中时空斑图的时滞反馈控制. 物理学报, 2012, 61(24): 245204. doi: 10.7498/aps.61.245204
    [13] 王冬一, 薛春瑜, 仲崇立. 金属-有机骨架材料二聚铜-苯-1,3,5-三羧酸酯中烷烃扩散机理的分子模拟研究. 物理学报, 2009, 58(8): 5552-5559. doi: 10.7498/aps.58.5552
    [14] 郭 璐, 卫 栋, 陈海霞, 熊德智, 王鹏军, 张 靖. 铷原子热蒸气中强非线性效应产生激光模式图样的实验研究. 物理学报, 2008, 57(7): 4224-4229. doi: 10.7498/aps.57.4224
    [15] 董丽芳, 赵海涛, 谢伟霞, 王红芳, 刘微粒, 范伟丽, 肖 红. 介质阻挡放电系统中超四边形斑图形成的实验研究. 物理学报, 2008, 57(9): 5768-5773. doi: 10.7498/aps.57.5768
    [16] 董丽芳, 高瑞玲, 贺亚峰, 范伟丽, 李雪辰, 刘书华, 刘微粒. 介质阻挡放电斑图中放电通道的相互作用研究. 物理学报, 2007, 56(3): 1471-1475. doi: 10.7498/aps.56.1471
    [17] 吴俊林, 黄新民. 非广延反应扩散系统的广义主方程. 物理学报, 2006, 55(12): 6234-6237. doi: 10.7498/aps.55.6234
    [18] 高垣梅, 刘思敏, 郭 儒, 黄春福, 汪大云. Y向切割掺杂铌酸锂晶体中的光耦合. 物理学报, 2004, 53(9): 2958-2963. doi: 10.7498/aps.53.2958
    [19] 陆启韶. 有扩散不稳定性的四阶反应-扩散系统的空间周期结构. 物理学报, 1989, 38(12): 1901-1910. doi: 10.7498/aps.38.1901
    [20] 陈式刚. 反应扩散系统中的涨落问题. 物理学报, 1982, 31(1): 50-57. doi: 10.7498/aps.31.50
计量
  • 文章访问数:  5763
  • PDF下载量:  395
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2014-05-16
  • 修回日期:  2014-07-14
  • 刊出日期:  2014-12-05

/

返回文章
返回