Phasenübergänge mit Hydrodynamik
Spinodale Entmischung
Wir untersuchen den Phasenübergang erster Ordnung eines Flüssig-Gas Systems durch Spinodale Entmischung. Die Simulationsmethode basiert auf dem gewöhnlichen Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) [d4] Methode in ihrer modernen Formulierung mit verschiedenen Erweiterungen wie Wärmeleitung [d3], der van der Waals Zustandsgleichung [d2] und einem neu entwickelten Skalierungs-Thermostaten.
Spinodale Entmischung tritt nach einem schnellen Abkühlen in den instabilen spinodalen Bereich auf. Das System beginnt augenblicklich zu separieren, wobei die sogenannten "Homphase Fluktuationen" der Dichte auftreten [d1]. Darüber hinaus studieren wir das Wachstumsverhalten der getrennten Phasen, die durch Skalierungsgesetze beschrieben werden können. Hier sind wir vor allem an der Spätphase des Domänen-Wachstums interessiert, bei der die viskose Hydrodynamik eine dominante Rolle einnimmt.
Bildergalerie
Die Videos in der Bildergalerie veranschaulichen ein paar Effekte des Thermostats.
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Frühes Stadium: Anfängliches Wachstum der "gleichphasigen Fluktuationen". Vergleich von Dichten (links) und Temperaturen (rechts) zwischen rein thermisch (kein Thermostat) (oben) und mit eingeschaltetem Thermostat (unten). -
Spätes Stadium: Domänen-Wachstum und Vergröberung. Vergleich der Dichten zwischen rein thermisch (oben) und mit eingeschaltetem Thermostat (unten). -
Simulationsbeispiel bei T=0.9. 3D Visualisierung. Die Dichte ist durch die Farbkodierung wiedergegeben. -
Simulationsbeispiel bei T=0.9. 3D Isosurface Rendering des Nukleationsprozesses einer thermisch leitenden und viskosen Flüssigkeit.
Die Videos können auch als .avi in höherer Qualität herunter geladen werden:
b) Ältere Publikationen
c) Abgeschlossene Arbeiten
- M. Nitsch, Masterarbeit: Simulation von Modellkolloiden unter Berücksichtigung der Hydrodynamik durch Modifikation des smoothed particle hydrodynamic Verfahrens (2016).
d) Referenzen
- K. Binder, Rep. Prog. Phys. 50, 783 (1987).
- S. Nugent and H. A. Posch, Phys. Rev. E 62, 4968 (2000)
- V. Springel, Annu. Rev. Astron. Astrophys. 48, 391 (2010)
- D. J. Price, J. Comput. Phys. 231, 759 (2012)