NUMERICAL SIMULATIONS OF THE PERIODIC INVISCID BURGERS EQUATION WITH STOCHASTIC FORCING

International audienceWe perform numerical simulations in the one-dimensional torus for the first order Burgers equation forced by a stochastic source term with zero spatial integral. We suppose that this source term is a white noise in time, and consider various egularities in space. For the numerical tests, we apply a finite volume scheme combining the Godunov numerical flux with the Euler-Maruyama integrator in time. Our Monte-Carlo simulations are analyzed in bounded time intervals as well as in the large time limit, for various regularities in space. The empirical mean always converges to the space-average of the (deterministic) initial condition as t → ∞, just as the solution of the deterministic problem without source term, even if the stochastic source term is very rough. The empirical variance also stablizes for large time, towards a limit which depends on the space regularity and on the intensity of the noise

Eightfold Fermionic Excitation in a Charge Density Wave Compound

Unconventional quasiparticle excitations in condensed matter systems have become one of the most important research frontiers. Beyond two- and fourfold degenerate Weyl and Dirac fermions, three-, six- and eightfold symmetry protected degeneracies have been predicted however remain challenging to realize in solid state materials. Here, charge density wave compound TaTe4 is proposed to hold eightfold fermionic excitation and Dirac point in energy bands. High quality TaTe4 single crystals are prepared, where the charge density wave is revealed by directly imaging the atomic structure and a pseudogap of about 45 meV on the surface. Shubnikov de-Haas oscillations of TaTe4 are consistent with band structure calculation. Scanning tunneling microscopy reveals atomic step edge states on the surface of TaTe4. This work uncovers that charge density wave is able to induce new topological phases and sheds new light on the novel excitations in condensed matter materials.Comment: Accepted by PRB: https://journals.aps.org/prb/accepted/7907cK4eW0b1ee0b93fd67c1b42942bbb08eafc3

Pharmacokinetics, distribution, metabolism, and excretion of body-protective compound 157, a potential drug for treating various wounds, in rats and dogs

Body-protective compound (BPC) 157 demonstrates protective effects against damage to various organs and tissues. For future clinical applications, we had previously established a solid-phase synthesis process for BPC157, verified its biological activity in different wound models, and completed preclinical safety evaluations. This study aimed to investigate the pharmacokinetics, excretion, metabolism, and distribution profiles of BPC157. After a single intravenous (IV) administration, single intramuscular (IM) administrations at three doses in successive increments along with repeated IM administrations, the elimination half-life (t1/2) of prototype BPC157 was less than 30 min, and BPC157 showed linear pharmacokinetic characteristics in rats and beagle dogs at all doses. The mean absolute bioavailability of BPC157 following IM injection was approximately 14%–19% in rats and 45%–51% in beagle dogs. Using [3H]-labeled BPC157 and radioactivity examination, we proved that the main excretory pathways of BPC157 involved urine and bile. [3H]BPC157 was rapidly metabolized into a variety of small peptide fragments in vivo, thus forming single amino acids that entered normal amino acid metabolism and excretion pathways. In conclusion, this study provides the first analysis of the pharmacokinetics of BPC157, which will be helpful for its translation in the clinic

Finite volume methods for deterministic and stochastic partial differential equations

Le but de cette thèse est de faire l'étude de méthodes de volumes finis pour des équations aux dérivées partielles déterministes et stochastiques; nous effectuons des simulations numériques et démontrons des résultats de convergence d'algorithmes.Au Chapitre 1, nous appliquons un schéma semi-implicite en temps combiné avec la méthode de volumes finis généralisés SUSHI pour la simulation d'écoulements à densité variable en milieu poreux; il vient à résoudre une équation de convection-diffusion parabolique pour la concentration couplée à une équation elliptique en pression. Nous présentons ensuite une méthode de simulation numérique pour un problème d'écoulements à densité variable couplé à un transfert de chaleur.Au Chapitre 2, nous effectuons une étude numérique de l'équation de Burgers non visqueuse en dimension un d'espace, avec des conditions aux limites périodiques, un terme source stochastique de moyenne spatiale nulle et une condition initiale déterministe. Nous utilisons un schéma de volumes finis combinant une intégration en temps de type Euler-Maruyama avec le flux numérique de Godunov. Nous effectuons des simulations par la méthode de Monte-Carlo et analysons les résultats pour différentes régularités du terme source. Il apparaît que la moyenne empirique des réalisations converge vers la moyenne en espace de la condition initiale déterministe quand t → ∞. Par ailleurs, la variance empirique converge elle aussi en temps long, vers une valeur qui dépend de la régularité et de l'amplitude du terme stochastique.Au Chapitre 3, nous démontrons la convergence d'une méthode de volumes finis pour une loi de conservation du premier ordre avec une fonction de flux monotone et un terme source multiplicatif faisant intervenir un processus Q-Wiener. Le terme de convection est discrétisé à l'aide d'un schéma amont. Nous présentons des estimations a priori pour la solution discrète dont en particulier une estimation de type BV faible. A l'aide d'une interpolation en temps, nous démontrons deux inégalité entropiques vérifiées par la solution discrète, ce qui nous permet de prouver que la solution discrète converge selon une sous-suite vers une solution stochastique faible entropique à valeurs mesures de la loi de conservation.Au Chapitre 4, nous obtenons des résultats similaires à ceux du Chapitre 3 dans le cas où la fonction flux n'est pas monotone; le terme de convection est discrétisé à l'aide d'un schéma monotone.This thesis bears on numerical methods for deterministic and stochastic partial differential equations; we perform numerical simulations by means of finite volume methods and prove convergence results.In Chapter 1, we apply a semi-implicit time scheme together with the generalized finite volume method SUSHI for the numerical simulation of density driven flows in porous media; it amounts to solve a nonlinear convection-diffusion parabolic equation for the concentration coupled with an elliptic equation for the pressure. We then propose a numerical scheme to simulate density driven flows in porous media coupled to heat transfer. We use adaptive meshes, based upon square or cubic volume elements.In Chapter 2, We perform Monte-Carlo simulations in the one-dimensional torus for the first order Burgers equation forced by a stochastic source term with zero spatial integral. We suppose that this source term is a white noise in time, and consider various regularities in space. We apply a finite volume scheme combining the Godunov numerical flux with the Euler-Maruyama integrator in time. It turns out that the empirical mean converges to the space-average of the deterministic initial condition as t → ∞. The empirical variance also stabilizes for large time, towards a limit which depends on the space regularity and on the intensity of the noise.In Chapter 3, we study a time explicit finite volume method with an upwind scheme for a first order conservation law with a monotone flux function and a multiplicative source term involving a Q-Wiener process. We present some a priori estimates including a weak BV estimate. After performing a time interpolation, we prove two entropy inequalities for the discrete solution and show that it converges up to a subsequence to a stochastic measure-valued entropy solution of the conservation law in the sense of Young measures.In Chapter 4, we obtain similar results as in Chapter 3, in the case that the flux function is non-monotone, and that the convection term is discretized by means of a monotone scheme

Méthodes de volumes finis pour des équations aux dérivées partielles déterministes et stochastiques

This thesis bears on numerical methods for deterministic and stochastic partial differential equations; we perform numerical simulations by means of finite volume methods and prove convergence results.In Chapter 1, we apply a semi-implicit time scheme together with the generalized finite volume method SUSHI for the numerical simulation of density driven flows in porous media; it amounts to solve a nonlinear convection-diffusion parabolic equation for the concentration coupled with an elliptic equation for the pressure. We then propose a numerical scheme to simulate density driven flows in porous media coupled to heat transfer. We use adaptive meshes, based upon square or cubic volume elements.In Chapter 2, We perform Monte-Carlo simulations in the one-dimensional torus for the first order Burgers equation forced by a stochastic source term with zero spatial integral. We suppose that this source term is a white noise in time, and consider various regularities in space. We apply a finite volume scheme combining the Godunov numerical flux with the Euler-Maruyama integrator in time. It turns out that the empirical mean converges to the space-average of the deterministic initial condition as t → ∞. The empirical variance also stabilizes for large time, towards a limit which depends on the space regularity and on the intensity of the noise.In Chapter 3, we study a time explicit finite volume method with an upwind scheme for a first order conservation law with a monotone flux function and a multiplicative source term involving a Q-Wiener process. We present some a priori estimates including a weak BV estimate. After performing a time interpolation, we prove two entropy inequalities for the discrete solution and show that it converges up to a subsequence to a stochastic measure-valued entropy solution of the conservation law in the sense of Young measures.In Chapter 4, we obtain similar results as in Chapter 3, in the case that the flux function is non-monotone, and that the convection term is discretized by means of a monotone scheme.Le but de cette thèse est de faire l'étude de méthodes de volumes finis pour des équations aux dérivées partielles déterministes et stochastiques; nous effectuons des simulations numériques et démontrons des résultats de convergence d'algorithmes.Au Chapitre 1, nous appliquons un schéma semi-implicite en temps combiné avec la méthode de volumes finis généralisés SUSHI pour la simulation d'écoulements à densité variable en milieu poreux; il vient à résoudre une équation de convection-diffusion parabolique pour la concentration couplée à une équation elliptique en pression. Nous présentons ensuite une méthode de simulation numérique pour un problème d'écoulements à densité variable couplé à un transfert de chaleur.Au Chapitre 2, nous effectuons une étude numérique de l'équation de Burgers non visqueuse en dimension un d'espace, avec des conditions aux limites périodiques, un terme source stochastique de moyenne spatiale nulle et une condition initiale déterministe. Nous utilisons un schéma de volumes finis combinant une intégration en temps de type Euler-Maruyama avec le flux numérique de Godunov. Nous effectuons des simulations par la méthode de Monte-Carlo et analysons les résultats pour différentes régularités du terme source. Il apparaît que la moyenne empirique des réalisations converge vers la moyenne en espace de la condition initiale déterministe quand t → ∞. Par ailleurs, la variance empirique converge elle aussi en temps long, vers une valeur qui dépend de la régularité et de l'amplitude du terme stochastique.Au Chapitre 3, nous démontrons la convergence d'une méthode de volumes finis pour une loi de conservation du premier ordre avec une fonction de flux monotone et un terme source multiplicatif faisant intervenir un processus Q-Wiener. Le terme de convection est discrétisé à l'aide d'un schéma amont. Nous présentons des estimations a priori pour la solution discrète dont en particulier une estimation de type BV faible. A l'aide d'une interpolation en temps, nous démontrons deux inégalité entropiques vérifiées par la solution discrète, ce qui nous permet de prouver que la solution discrète converge selon une sous-suite vers une solution stochastique faible entropique à valeurs mesures de la loi de conservation.Au Chapitre 4, nous obtenons des résultats similaires à ceux du Chapitre 3 dans le cas où la fonction flux n'est pas monotone; le terme de convection est discrétisé à l'aide d'un schéma monotone

Uniqueness of the entropy solution of a stochastic conservation law with a Q-Brownian motion

In this paper, we prove the uniqueness of the entropy solution for a first order stochastic conservation law with a multiplicative source term involving a Q-Brownian motion. After having defined a measure-valued weak entropy solution of the stochastic conservation law, we present the Kato inequality and as a corollary we deduce the uniqueness of the measure-valued weak entropy solution which coincides with the unique weak entropy solution of the problem. The Kato inequality is proved by a doubling of variables method; to that purpose, we prove the existence and the uniqueness of the strong solution of an associated stochastic nonlinear parabolic problem by means of an implicit time discretization scheme; we also prove its convergence to a measure-valued entropy solution of the stochastic conservation law, which in turn coincides with its unique entropy solution

Convergence of a finite volume scheme for a stochastic conservation law involving a Q-Brownian motion

We study a time explicit finite volume method with Godunov scheme for a rst order conservation law with a multiplicative source term involving a Q-Wiener process. We present some a priori estimates including a weak BV estimate. After performing a time interpolation, we prove two entropy inequalities for the discrete solution and show that it converges up to a subsequence to a stochastic measure-valued entropy solution of the conservation law in the sense of Young measures. Some numerical simulations are presented in the case of the stochastic Burgers equation

Convergence of a finite volume scheme for a stochastic conservation law involving a Q-Brownian motion

We study a time explicit finite volume method with Godunov scheme for a rst order conservation law with a multiplicative source term involving a Q-Wiener process. We present some a priori estimates including a weak BV estimate. After performing a time interpolation, we prove two entropy inequalities for the discrete solution and show that it converges up to a subsequence to a stochastic measure-valued entropy solution of the conservation law in the sense of Young measures. Some numerical simulations are presented in the case of the stochastic Burgers equation