Density fluctuations in lattice-Boltzmann simulations of multiphase fluids in a closed system

A two-dimensional single component two-phase lattice Boltzmann model was used to simulate the Rayleigh–Taylor instability in a closed system. Spatiotemporally variable densities were generated by gravity acting on the fluid density. The density fluctuations were triggered by rapid changes in the fluid velocity induced by changes in the interface geometry and impact of the dense fluid on the rigid lower boundary of the computational domain. The ratio of the maximum density fluctuations to the maximum fluid velocity increased more rapidly at low velocities than at high velocities. The ratio of the maximum density fluctuations in the dense phase to its maximum velocity was on the order of the inverse of the sound speed. The solution became unstable when the density-based maximum local Knudsen number exceeded 0.13.     

光谱诊断与特征谱线输运

利用经过评估的原子过程参数,研究发现惯性约束聚变等离子体的特征发射光谱的共振线强度比值、伴线与共振线强度比值时等离子体温度变化很敏感,而特征谱线的线形函数对等离子体密度变化较敏感.结合特征谱线的一维输运方程研究,分析了中国工程物理研究院最近几年惯性约束聚变的内爆实验测量结果,得到了一些发次对应的等离子体温度和密度状态.     

Topological and fractal properties of turbulent passive scalar fluctuations at small scales

Corrections of Batchelor's spectral law –1 of passive scalar-fluctuations are obtained by taking into account the topological instabilities of small-scale vortex sheets: –4/3 for supercritical and –5/4 for subcritical regimes. The corresponding fractal dimensions of the scalar interface areD =8/3 for supercritical andD =11/4 for subcritical regimes. Good agreement with experimental data is established.     

基于密度泛函的甲醇和乙醇荧光特性研究

使用英国爱丁堡FLS920P荧光光谱仪,对甲醇、乙醇的紫外吸收光谱和荧光光谱进行实验检测,得到二者的光谱特征参数。分别采用密度泛函理论(DFT)和单激发组态相互作用(CIS)对二者分子的基态和激发态结构进行优化,并比较两种分子在不同能态下的差异。应用含时密度泛函理论(TD-DFT)的不同泛函结合极化连续介质模型(PCM)在6-31++G(d, p)水平上分别计算了二者的紫外吸收光谱和荧光光谱,与实验结果吻合。分析了甲醇、乙醇荧光产生机理,同时分析了不同泛函对于计算光谱的影响。结果表明：甲醇、乙醇在紫外波段有微弱吸收,在紫外激发下能产生拉曼峰和微弱的荧光峰。甲醇、乙醇的吸收光谱是由里德堡激发产生,产生荧光的轨道跃迁为σ*→π*。泛函OLYP能够较好地重现实验吸收能,而泛函MPWK能够较好地重现实验发射能,并且发现不同的纯泛函计算跃迁能也具有差异性。结果可为醇类分子的分子特性研究提供参考。     

基于密度泛函理论的盐酸罂粟碱太赫兹振动光谱计算与分析

为了进一步探究太赫兹振动光谱的理论机理,为违禁药品的太赫兹光谱检测提供完善合理的科学依据,本文以盐酸罂粟碱为例,基于第一性原理的密度泛函理论计算方法,利用BLYP、LC-BLYP、B97-XD、B3LYP和CAM-B3LYP函数并结合6-311++G（d,p）基组,分别讨论其分子构象并对盐酸罂粟碱的光谱吸收特性和振动模式进行了表征和分析。计算结果表明,盐酸罂粟碱是以异喹啉N原子上的质子化阳离子和两个最低质子化构象的形式存在的。四个指纹峰中有三个是由能量最低的分子构象共振引起,另一个是由第二个最低能量的分子构象共振引起的。在该方法中,LC-BLYP函数被证明是五个函数中最合适的一个。研究表明,太赫兹时域光谱技术可以有效地检测非法药物,采用密度泛函理论合理计算振动频率,可以为今后违禁药品及各种衍生物的检验提供依据。     

7-羟基香豆素红外光谱的密度泛函理论研究

红外光谱是化合物结构鉴定的重要信息来源,对天然有机药物的分子结构及其生物活性研究意义重大。而随着理论计算方法更加合理、计算精度不断提高,理论计算在红外光谱模拟、振动模式归属指认等方面优势更加明显,对红外光谱解析等实验研究具有重要参考价值。本研究利用密度泛函理论(density functional theory, DFT)/B3LYP方法,在6-311G(d,p)基组水平对7-羟基香豆素进行了几何结构优化和红外光谱计算,得到稳定结构及全部振动模式。计算结果显示7-羟基香豆素红外光谱吸收峰主要分布于波数3 700～3 500,3 150～3 000,1 750～1 400,1 400～1 000,1 000～50 cm-1几个区域。除波数3 700～3 500,3 150～3 000 cm-1范围内振动相对独立,分别归属为O—H伸缩振动和芳环C—H伸缩振动外,其他几个区域均较为复杂,谱峰不同程度由多个振动模式叠加而成。最后,根据振动模式理论及振动图像分析,对所有振动模式进行了详细指认。并通过线性回归方法,利用相关系数值r研究了7-羟基香豆素红外光谱主要吸收峰波数理论计算值和实验数据的相关性。结果表明,计算值和实验值基本吻合,相关系数值等于0.998 5,相关性较好;采用密度泛函理论在该基组水平对7-羟基香豆素红外光谱的理论计算较为可靠。     

Statistical properties of turbidity, oxygen and pH fluctuations in the Seine river estuary (France)

We consider here, the fluctuations of turbidity, oxygen and pH time series recorded from the MAREL system (Ifremer, France), which is based on the deployment of data buoys equipped with water analysis capabilities in an automated mode. We perform a spectral analysis (from 10 min to years) of these time series, and we estimate their probability density functions. Oxygen, turbidity and pH are important quantities for ecosystem studies and physics-biology couplings, and their fluctuations reveal the possible influence of environmental factors such as tides and turbulence. Turbidity variability is highly complex and does not appear to be directly coupled to turbulence, since no clear range is visible. On the other hand, oxygen percentage of saturation and pH data show remarkably nice scaling ranges, indicating an important coupling with turbulence, but also biological or chemical activity, since the statistics differ markedly from passive scalars. Several possible sources of this variability are discussed.     

敌百虫和敌敌畏光谱学特征及发光机制的密度泛函研究

光谱学方法是检测痕量高毒性有机磷农药的重要手段。利用G09程序包对敌百虫和敌敌畏的基态结构、红外光谱、核磁共振谱、紫外-可见光谱以及激发态结构和荧光/磷光光谱进行研究,从分子轨道角度揭示了其发光实质,为敌百虫和敌敌畏的检测提供理论依据。研究结果表明:(1)敌敌畏和敌百虫IR光谱在1 107cm-1附近有一个较强吸收峰,为P—O键的伸缩振动模式,而敌百虫存在与O—H键有关强吸收峰;(2)敌敌畏的UV-Vis吸收光谱,在182.03nm处有强吸收,而敌百虫在192.42nm处有弱吸收,分别属于ππ*和σπ*跃迁;(3)敌敌畏的发射光谱很弱,且出现双荧光/磷光现象,这可能与敌敌畏基态存在共振结构有关;(4)敌百虫的荧光光谱在1 849.22nm处有一很特别的宽峰,对应S1态LUMO到HOMO的跃迁。     

Density Functional Theory Study on Organic Dye Sensitizers Containing Bis-dimethylfluorenyl Amino Benzofuran

运用密度泛函理论和含时密度泛函理论研究了两种含二-二甲基芴氨基苯并呋喃基团的有机染料敏化剂的几何结构、电子结构、极化率和超极化率以及紫外可见谱. 基于理论计算和实验结果的一致性指认了电子吸收谱的特征. 可见区的吸收带都与光诱导电荷转移过程有关,二甲基芴氨基苯并呋喃基团是在光电转换敏化中起主要作用的基团. 通过对两种染料敏化剂的比较,分析了亚乙烯基对几何结构、电子结构和光谱特性影响.     

超导与自旋涨落

在常规超导体中,库珀对是由于电子与声子之间的相互作用而形成的. 在此过程中,人们可以只考虑电子的电荷性质与声子之间的关联. 然而在所谓的非常规超导体中,人们意识到一些其他类型的元激发也可能导致超导现象,而自旋涨落则可能是其中最重要的一种. 在大多数非常规超导体中,都可以发现自旋涨落的身影. 而在一些重要的体系中,包括铜基超导体、铁基超导体以及一些重费米子超导体体系等,可以确切地说,自旋涨落起到了关键的作用,尽管其相对应的超导机制仍然还不清楚. 文章简单介绍了自旋涨落与超导电性之间的关联.     

超导与自旋涨落

在常规超导体中,库珀对是由于电子与声子之间的相互作用而形成的.在此过程中,人们可以只考虑电子的电荷性质与声子之间的关联.然而在所谓的非常规超导体中,人们意识到一些其他类型的元激发也可能导致超导现象,而自旋涨落则可能是其中最重要的一种.在大多数非常规超导体中,都可以发现自旋涨落的身影.而在一些重要的体系中,包括铜基超导体、铁基超导体以及一些重费米子超导体体系等,可以确切地说,自旋涨落起到了关键的作用,尽管其相对应的超导机制仍然还不清楚.文章简单介绍了自旋涨落与超导电性之间的关联.     

Para-Xylene分子结构和光谱的外场效应研究

对二甲苯(PX)是一种重要的化工原料，广泛地用于合成聚脂纤维树脂，是医药和农药用聚合单体，因此了解对二甲苯分子结构和光谱的外场效应具有十分重要的意义。为研究外电场对PX分子结构和红外(IR)光谱产生的影响，本文采用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法在6-311++G(d, p)基组水平上优化了不同外电场(0～0.030 a.u.，0～1.542×1010 V·m-1)作用下PX分子的基态几何结构，在此基础上利用同样的方法计算了PX分子在不同电场下的振动频率，得到了分子的IR光谱，最后对PX的分子结构和IR光谱受外电场作用的的影响规律进行了研究。结果表明：频率497 cm-1的吸收峰为苯环上的C1-H7和C2-H8的面外摇摆振动，812 cm-1的吸收峰是苯环上的C4-H9和C5-H10的面外摇摆振动，1 547 cm-1为苯环上的C1-H7和C2-H8的面内弯曲振动，3 017 cm-1为甲基上的C11-H14和C15-H17的伸缩振动所产生，3 164 cm-1为苯环上的C4-H9和C5-H10的伸缩振动所产生；外电场与分子内电场的叠加效应使得R(4, 9)，R(5, 10)，R(11, 14)和R(15, 17)等的键长随着外电场的增强急剧增长，而R(1, 7)，R(2, 8)，R(11, 12) 和R(15, 16)等随着外电场的增强变化不明显；随着R(4, 9)和R(5, 10)的增加，吸收峰Ⅱ和Ⅴ出现了明显的红移，它们的频率分别减少了133和140 cm-1，峰Ⅳ在外电场较弱时频率增加，而当外电场较强时频率又开始减小，峰Ⅰ和Ⅲ的频率变化不明显。总之，在外电场的作用下，分子结构变化剧烈，红外光谱吸收峰出现了红移或蓝移，伴随着吸收峰的移动，分子的摩尔收系数ε也进行了重新分配，分子的振动斯塔克效应(VSE)明显。     

Multiplicity distributions and charged-neutral fluctuations

Results from the multiplicity distributions of inclusive photons and charged particles, scaling of particle multiplicities, event-by-event multiplicity fluctuations, and charged-neutral fluctuations in 158A GeV Pb+Pb collisions are presented and discussed. A scaling of charged particle multiplicity as N _part ^1.07±0.05 and photos as N _part ^1.12±0.03 have been observed, indicating violation of naive wounded nucleon model. The analysis of localized charged-neutral fluctuation indicates a model-independent demonstration of non-statistical fluctuations in both charged particles and photons in limited azimuthal regions. However, no correlated charged-neutral fluctuations are observed. For the WA98 Collaboration     

On potential and field fluctuations in two-dimensional classical charged systems

We supplement a previous paper on three-dimensional systems by studying the electric potential and field fluctuations in two-dimensional Coulomb systems. The novelty in two dimensions is that the fluctuations of the potential at a point are infinite in the thermodynamic limit. However, the potential difference between two points has finite fluctuations, which resemble the ones which occur in the three-dimensional case. The field fluctuations are also rather similar in both cases. The correlations do not have a fast decay. Explicit results are obtained for a solvable model; the fluctuations of the potential are Gaussian with an infinite variance.This laboratory is associated with the Centre National de la Recherche Scientifique.     

CMB fluctuations and string compactification scales

We propose a mechanism for the generation of temperature fluctuations of cosmic microwave background. We consider a large number of fields, such as Kaluza-Klein modes and string excitations. Each field contributes to the gravitational potential by a small amount, but an observable level of temperature fluctuations is achieved by summing up the contribution of typically of order 10¹⁴ fields. Tensor fluctuations are hardly affected by these fields. Our mechanism is based on purely quantum effects of the fields which are classically at rest, and is different from the one in slow-roll inflation. Using the observed data, we find constraints on the parameters of this model, such as the size of the extra dimensions and the string scale. Our model predicts a particular pattern of non-gaussianity with a small magnitude.     

扑尔敏分子的密度泛函理论研究

马来酸氯苯那敏（chlorpheniramine maleate,CPM）,化学名为2-[对-氯-α-（二甲氨基）乙基丁苯基], 又名扑尔敏,分子式C20H23ClN2O4,本文采用密度泛函理论（density functional theory,DFT）,在M06-2X/6-311+g(d,p)水平上对扑尔敏分子的两种可能的结构进行了优化,优化结果显示分子基态结构具有C1对称性,分子由50个原子组成,共有144个简正自由度,所有的简正振动模式均具有拉曼活性。计算结果表明,吡啶环和苯环所在平面的二面角是92.1°,丁烯二酸和苯环所在平面的二面角是-174.5°。O40-H41和H41-N25键长分别为0.103nm、0.162nm,O40-H41-N25键角为175.29°,采用多功能波函数Multiwfn软件处理结果表明用于表征氢键强度的CVB指数（CVB指数越负,通常氢键越强。）为-0.2268,结果表明O40-H41-N25原子之间存在氢键,马来酸通过羧基上的氢原子和氯苯那敏吡啶环上的N原子通过氢键作用相结合;通过频率计算,获得了扑尔敏分子的拉曼光谱,并利用势能函数分布（PED）对拉曼光谱进行了指认,对谱图信息比较丰富的200-1800cm-1波段进行了分析归属;此外分析并讨论了扑尔敏分子的前线轨道,扑尔敏分子的最高占据轨道HOMO和最低未占据分子轨道LUMO轨道能量分别为-7.95ev、-1.05ev,能级差为6.90ev。为扑尔敏分子的光谱测定和电子结构分析提供了理论基础。     

振幅和相位涨落对锁模脉冲列特性的影响

用傅里叶变换的方法分析了锁模激光器中模式间的相位和振幅涨落对锁模脉冲列特性的影响。将锁模激光器中各模式的相位和振幅涨落作傅里叶展开,再通过增益谱抽样的傅里叶变化得到其时域行为。分析结果表明振幅系统涨落及随机涨落均不引起脉宽的明显变化,只引起脉冲间背景的加大,但相位涨落随机会使脉冲列强度产生波动。所用物理图像简明,结果对获得稳定的锁模脉冲列的实验研究有参考意义。     

振幅和相位涨落对锁模脉冲列特性的影响

 用傅里叶变换的方法分析了锁模激光器中模式间的相位和振幅涨落对锁模脉冲列特性的影响。将锁模激光器中各模式的相位和振幅涨落作傅里叶展开，再通过增益谱抽样的傅里叶变化得到其时域行为。分析结果表明振幅系统涨落及随机涨落均不引起脉宽的明显变化，只引起脉冲间背景的加大，但相位涨落随机会使脉冲列强度产生波动。所用物理图像简明，结果对获得稳定的锁模脉冲列的实验研究有参考意义。     

基于密度泛函理论的对二甲苯分子电子光谱的外场效应研究

对二甲苯（PX）是化工领域一种非常重要的原料,被广泛地用于香料、医药、油墨和农药等的生产,因此研究PX分子的电子光谱和外场效应,对于它的检测和降解具有十分重要的意义。为研究外电场作用下,PX分子的紫外-可见（UV-Vis）光谱的变化,采用密度泛函理论（density functional theory,DFT）B3LYP方法在6-311++G(d, p)基组水平上,优化了不同外电场（0～0.025 a.u.,0～1.285 6×1010 V·m-1）作用下PX分子的基态几何构型,在此基础上利用含时密度泛函理论（TDDFT）计算了PX分子的UV-Vis吸收光谱,最后对PX分子紫外吸收峰和摩尔吸收系数受外电场作用的的影响规律进行了研究。结果表明：有波长为189 nm、摩尔吸收系数为35 580 L·mol-1·cm-1的强吸收峰,处于E₁带,它是环状共轭的三个乙烯键的苯型体系中的π→π*电子跃迁产生的;与苯分子相比,吸收峰出现11 nm的红移：由于两个甲基和苯环形成p-π共轭,苯环的大π键变弱,故PX分子的紫外吸收峰出现红移;当增加了外电场后,最低未占据轨道(LUMO)向外电场的反方向偏移,导致苯环上的电子密度减小,大π键变弱,π→π*跃迁需要的能量降低,电子跃迁产生的波长增大,吸收峰出现显著红移,当外电场增大到0.020 a.u.时,红移已经非常明显;外电场的引入,导致苯环上的电子密度减小,大π键变弱,π→π*跃迁的电子数减少,摩尔吸收系数降低,随着外电场的增强,摩尔吸收系数降低明显,尤其在外电场增强到0.020a.u.后,摩尔吸收系数降低非常显著。这些工作为PX的检测和降解方法研究提供了一定的理论依据,也对其他有机污染物的检测方法和降解机理的研究有启示作用。