Non-Stokesian flow through ordered thin porous media imaged by tomographic-PIV

The 3D flow-fields in a staggered and cubic arrangement of mono-radii cylinders are investigated using tomographic-PIV. The cylinder Reynolds-number is in the range of $$\approx 10$$ ≈ 10 to $$\approx 800$$ ≈ 800 giving an almost complete overview of the transition region. Two pore-scale effects are discovered. The first, visible in the cubic packing, is a spatially alternating lateral velocity field, which has a significant impact on the pressure drop and transversal dispersion. The second effect, present in the staggered array, is an example of a disturbance propagation effect that takes place in the laminar steady region; this manifests as a peculiar and complex flow-pattern. In accordance with other studies, it is shown that Darcy’s law can, from an engineering point of view be valid far beyond the limit for Stokesian flow. Graphic abstract

Численные подходы к решению нелинейной системы уравнений Шрёдингера для распространения волн в оптическом волокне

The paper discusses approaches to the numerical integration of the second-kind Manakov equation system. Emphasis is placed on the transition from writing equations in dimensional quantities to equations in dimensionless units. A combined explicit/implicit finite-difference integration scheme based on the implicit CrankNicolson finite-difference scheme is proposed and substantiated, which allows integrating a nonlinear system of equations with a choice of nonlinear term at the previous integration step. An algorithm for leveling the disadvantage associated with the definition of the nonlinear term from the previous integration step is proposed. The approach of automatic selection of the integration step, which reduces the total number of integration steps while maintaining the required accuracy of the approximate solution, is substantiated. Examples of the calculation results for some values of the disturbance propagation are given. The limitations imposed by the computing scheme on the length of the integrable fiber section are described, and approaches, that eliminate these limitations without the need to increase arrays dimensions, are proposed. Requirements for initial boundary conditions are discussed. Предложена разработка метода приближенного решения системы уравнения Манакова как одного из частных случаев системы уравнений Шрёдингера, связанного с моделированием оптических линий связи на основе многомодовых волокон. Решение ищется методами численного интегрирования. Показано, что численное интегрирование может быть осуществлено с использованием комбинированной явно-неявной схемы численного интегрирования на основе схемы КранкаНиколсон с записью нелинейного слагаемого в конечно-разностной форме, взятого с предыдущего шага интегрирования. Использован алгоритм автоматического выбора шага интегрирования, реализован итерационный алгоритм уточнения решения на каждом шаге, предложен алгоритм, позволяющий производить расчет параметров на протяженных участках. Нахождение приближенного решения системы уравнения Манакова может быть осуществлено с использованием комбинированной явно-неявной схемы КранкаНиколсон, а запись нелинейного слагаемого в конечно-разностной форме, взятого с предыдущего шага интегрирования, дает неплохой результат. Алгоритм автоматического выбора шага интегрирования обеспечивает лучшую сходимость результатов интегрирования на большом расстоянии и снижение необходимого количества шагов интегрирования. Алгоритм уточнения решения на каждом шаге позволяет нивелировать недостаток метода явной записи неявного слагаемого и интегрировать с большим шагом. Алгоритм расчета параметров распространения возмущения со сдвигом фрейма позволяет сделать вывод о целесообразности развития этого алгоритма.

Species richness and vulnerability to disturbance propagation in real food webs

A central issue in ecology is understanding how complex and biodiverse food webs persist in the face of disturbance, and which structural properties affect disturbance propagation among species. However, our comprehension of assemblage mechanisms and disturbance propagation in food webs is limited by the multitude of stressors affecting ecosystems, impairing ecosystem management. By analysing directional food web components connecting species along food chains, we show that increasing species richness and constant feeding linkage density promote the establishment of predictable food web structures, in which the proportion of species co-present in one or more food chains is lower than what would be expected by chance. This reduces the intrinsic vulnerability of real food webs to disturbance propagation in comparison to random webs, and suggests that biodiversity conservation efforts should also increase the potential of ecological communities to buffer top-down and bottom-up disturbance in ecosystems. The food web patterns observed here have not been noticed before, and could also be explored in non-natural networks.