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Clusterbildung in granularen Gasen
(2004) Miller, Stefan; Luding, Stefan (PD Dr.)
Diese Arbeit beschäftigt sich mit granularen Medien geringer Dichte - den so genannten granularen Gasen. Die Dynamik dieser dissipativen Systeme ist durch komplexe Strukturbildung gekennzeichnet: Aus einem anfänglich homogenen System bilden sich mit der Zeit Dichte- und Temperaturschwankungen heraus, die immer weiter anwachsen, bis sie schließlich Systemgröße erreicht haben. Im ersten Teil der Arbeit stellen wir mit der parallelisierten Ereignisdynamik ein Verfahren vor, mit dem sich granulare Gase effizient simulieren lassen. Im zweiten Teil der Arbeit untersuchen wir die Eigenschaften granularer Gase zum einen mit Hilfe theoretischer Konzepte wie kinetischer Gastheorie, linearer Stabilitätsanalyse der hydrodynamischen Bewegungsgleichungen, einer Clusterpopulationsdynamik und der Perkolationstheorie. Zum anderen führen wir umfangreiche Computersimulationen durch, um die Clusterbildung besser zu verstehen. Insgesamt erhalten wir mit Hilfe dieser Untersuchungsmethoden einen dreistufigen Verlauf des Clusterwachstums: Zunächst das homogene Regime das gut durch die Vorhersagen der kinetischen Gastheorie beschrieben wird, dann das Clusterwachstum, in dem sich ein großer Perkolationscluster herausbildet und schließlich das Sättigungsregime, wenn dieser Systemgröße erreicht hat.