分支曲线结构中的扩散动力学

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由于生物学、物理学、化学、地质学和经济学中的许多过程都是以扩散为基础的,因此自上世纪初以来,对这些系统中扩散性质的研究和描述引起了许多来自不同学科的研究人员的兴趣。然而,复杂系统中扩散的模拟和实验研究表明,与扩散理论中建立的正常扩散行为相比,存在一种称为反常扩散的偏离行为,并且该扩散理论的原理不再能够描述出现的现象。在这种背景下,通过建立多功能的理论模型来理解潜在的机制已经成为过去几十年的目标,他们的任务不仅仅是在进行实验或模拟时确定结果行为背后的机制,而是研究相关变化过程。分支结构中的随机游走,梳状结构作为一种特殊情况,由带有侧向分支(手指)的水平受限通道(主干)构成,是一种用于理解异常扩散的淬火模型。在梳状结构中,粒子沿x轴的扩散只可能发生在主干中,手指在主干中扮演陷阱的角色,粒子在主干中执行随机运动,直到偶然返回,依此类推。对经典梳子进行了几次修改,与真实场景相关,并捕捉到了由于在梳子内部执行独特的动力学而产生的各种行为。大多数修改都集中在手指的形状及其沿通道的分布上,并对通道(主干)的几何结构进行了一些关注。对于分支曲线结构,包括但不限于细胞内、细胞外、多孔环境。最近在这些系统中的实验和理论研究发现了一些不同的几何诱导现象。因此,需要进一步研究几何形状对扩散过程的影响,以进一步了解这些现象背后的机制。本文研究了分支曲线结构中扩散过程的性质。介绍了三种具有不同几何性质的分支结构,并讨论了扩散动力学的不同情况。这些结构是阿基米德螺旋、广义椭圆和球形梳状结构。使用统计分析工具进行了描述性分析研究;通过福克-普朗克方程和近似数值格式技术得到了概率密度函数和均方位移,并用MATLAB软件进行了计算。
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