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:


a) Neuere Publikationen

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b) Ältere Publikationen

c) Abgeschlossene Arbeiten

  1. M. Nitsch, Masterarbeit: Simulation von Modellkolloiden unter Berücksichtigung der Hydrodynamik durch Modifikation des smoothed particle hydrodynamic Verfahrens (2016).

d) Referenzen

  1. K. Binder, Rep. Prog. Phys. 50, 783 (1987).
  2. S. Nugent and H. A. Posch, Phys. Rev. E 62, 4968 (2000)
  3. V. Springel, Annu. Rev. Astron. Astrophys. 48, 391 (2010)
  4. D. J. Price, J. Comput. Phys. 231, 759 (2012)

e) Externe Links zu Programmen, Potentialen, etc.

f) Bücher