Universität Stuttgart
Permanent URI for this communityhttps://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/1
Browse
44 results
Search Results
Item Open Access Modeling the translocation of DNA structures through nanopores(2021) Szuttor, Kai; Holm, Christian (Prof. Dr.)Item Open Access Coupling mechanisms of magnetic nanoparticles in polymeric environments(2026) Kreissl, Patrick; Holm, Christian (Prof. Dr.)Item Open Access Contact Networks of Mobile Agents and Spreading Dynamics(2006) González, Marta C.; Herrmann, Hans J. (Prof. Dr.)The concept complex networks'' refers to a network that is often the representation of a complex system. In this context, a statistical physics approach has been exploited as a very convenient method because of its deep connection with graph theory and because of its ability to quantitatively characterize macroscopic phenomena in terms of the microscopic dynamics of the various systems. Our research focuses on the development of appropriate models of spreading dynamics, such as diffusion models of opinion formation and spreading of infections. Particularly, we present models of contact that differ from the traditional static graph modeling that is at the core of classical graph theory: We incorporate underlying agent interactions that generate dynamical contact networks. The network itself is the result of the interactions among nodes. Motivated by the close relations of the field with real world measurements, we collect and incorporate in the context of Statistical Physics literature new sets of social networks in order to test and validate the models here proposed.Item Open Access Simulation of novel magnetic materials in the field of soft matter(2014) Weeber, Rudolf; Holm, Christian (Prof. Dr.)This thesis has dealt with the tailoring of magnetic soft matter. Two strategies are available to achieve this goal. First, it is possible to alter the magnetic nanoparticles, in order to change their interactions. Second, it is possible to exchange the carrier fluid into which the magnetic particles are embedded by a more complex matrix. For each of these two possibilities, an example was studied, namely shifted-dipole particles and magnetic gels. Shifted-dipole particles (sd-particles) are a special kind of model magnetic particles which can be used to explain findings for particles with magnetic caps as well as for particles with magnetic inclusions. Magnetic gels, on the other hand, derive their particular properties from an interplay of the magnetic properties of the nanoparticles and the elastic behavior of the polymer matrix. In the thesis, the findings for these two systems will be discussed, and further research questions will be identified.Item Open Access Charge regulation in soft matter(2026) Beyer, David; Holm, Christian (Prof. Dr.)Item Open Access Modeling of complex electrolytes : a numerical simulation study(2021) Narayanan Krishnamoorthy, Anand; Holm, Christian (Prof. Dr.)Item Open Access Coarse-grained simulations of molecular catalysis in confined spaces(2023) Tischler, Ingo; Holm, Christian (Prof. Dr.)Item Open Access Lattice Boltzmann simulations of fluid flow in the vicinity of rough and hydrophobic boundaries(2010) Kunert, Christian; Harting, Jens (P.D. Dr.)In recent years, it became possible to perform very well controlled experiments that have shown a violation of the no-slip boundary condition in sub-micron sized geometries. Since then, mostly experimental, but also theoretical works, as well as computer simulations, have been performed to improve our understanding of boundary slip. The topic is of fundamental interest because it has practical consequences in the physical and engineering sciences as well as for medical and industrial applications. This work focuses on numerical investigations of the slip phenomenon by means of lattice Boltzmann simulations with a strong focus on roughness and the interplay between roughness and wetting phenomena. To do so, two different slip measurement methods are simulated. One is to apply a Poiseuille flow between two patterned boundaries, and to record the flow profile. Then, the profile can be compared to the theoretical one, which assumes a slip boundary condition. The second method records the drag force that is acting on a sphere which is moved with a constant velocity towards the observed surface. Due to the influence of the boundary, the drag force acting on the sphere is disturbed and a correction function is needed to describe the measured force.Item Open Access Simulation and modeling of polyelectrolyte gels(2020) Landsgesell, Jonas; Holm, Christian (Prof. Dr.)Diese Dissertation behandelt die Entwicklung von Computermodellen zur Beschreibung von Polyelektrolytnetzwerken. Basierend auf dem periodische Gelmodell entwickeln wir zwei aufeinander aufbauende Computermodelle, welche zur Beschreibung der elastischen Eigenschaften von Polyelektrolytgelen dienen: das Einzelketten-Zellen-Gelmodell (ZGM) und das Poisson-Boltzmann Zellen-Gelmodell (PB ZGM). Da viele Polyelektrolytgele aus Bausteinen bestehen, welche chemisch reaktiv sind, ist es wichtig diese Eigenschaft korrekt in Computermodellen abzubilden. Zur Untersuchung dieser schwachen Polyelektrolytgele führen wir eine Methode zur Simulation von Ionisationsgleichgewichten in solchen Systemen ein. Der pH-Wert und die Salzkonzentration werden durch die Zusammensetzung der Überstandslösung definiert. Unsere Implementierung des Teilchenaustausches mit der Überstandslösung vermeidet bekannte Artefakte und unphysikalische Parameterkombinationen.Item Open Access Laufende Wellenlösungen von Systemen nichtlinearer partieller Differentialgleichungen am Beispiel von Mehrphasenströmungen in porösen Medien(2012) Hönig, Oliver; Hilfer, Rudolf (Prof. Dr. Dr.)Obwohl die Anwendungen der Theorie der Mehrphasenströmungen in porösen Medien äußerst zahlreich und in den letzten hundert Jahren intensiv erforscht worden sind, ist das Verhalten auf makroskopischer Skala bis heute nicht verstanden. Darunter sind insbesondere die Hysterese und die residualen Fluidkonfigurationen zu zählen. Hilfer stellt in Physical Review E, Vol. 73, 016307, 2006 ein Modell vor, das die zwei Phasen in jeweils perkolierende und nichtperkolierende Phasen unterteilt. Seitdem konnten Doster und Hilfer erste vielversprechende Ergebnisse für das Modell finden. Darunter waren z.B. hyperbolische Ähnlichkeitslösungen, wie das Buckley-Leverett-Problem für immobile nichtperkolierende Phasen. Eine andere Ähnlichkeitslösung, nämlich die der laufenden Wellen, soll hier in dieser Arbeit auf das Modell angewandt werden. Laufende Wellen zeichnen sich dadurch aus, dass die Sättigungsprofile sich in der Form nicht ändern und sich mit konstanter Geschwindigkeit fortbewegen. Sie bedient sich der Theorie der dynamischen Systeme, um eine qualitative Beschreibung zu ermöglichen. Laufende Wellen sind zum einen interessant, weil sie in verschiedenen Experimenten beobachtet wurden, zum anderen aber auch, weil sie gewisse Schwierigkeiten im Buckley-Leverett-Problem beheben können. Das traditionelle und das in Physical Review E, Vol. 73, 016307, 2006 vorgeschlagene Modell wird in einer Raumdimension vorgestellt. Für das neue Modell werden dabei einige Näherungen besprochen, um Systeme einer, zweier oder dreier dimensionsloser fraktionaler Flussgleichungen zu erhalten. Die aus einem laufenden Wellenansatz dieser Systeme gewonnen Gleichungen werden mit einer dynamischen Systembeschreibung besprochen. Zuletzt werden Lösungen gezeigt, die direkt aus den partiellen Differentialgleichungen durch einen numerischen Algorithmus berechnet werden können. Hierbei werden geeignete Anfangs- und Randwerte gesucht, die stabile laufende Wellen ermöglichen. In Transport in Porous Media, Vol. 44, pp. 507-537, 2001 wurden von Brevdo et al. vier topologisch unterschiedliche laufende Wellenprofilklassen für das traditionelle Modell gefunden. In dieser Dissertation wird nun gezeigt, dass die Annahme, dass der Wasserfluss überall zu jeder Zeit stetig ist, zu Bedingungen führt, die die nichtdifferenzierbaren Wellenprofilklassen entweder auf ein bezüglich der Randwertsättigungen und der Geschwindigkeit eindeutiges Profil reduziert oder aber komplett ausschließt. Dies hängt vom Verhalten der Flussfunktionen und der Kapillarfunktionen ab. Bei den Parametrisierungsmodellen nach Brooks und Corey und nach Van Genuchten werden die nichtdifferenzierbaren Lösungsklassen ausgeschlossen. Die überall stetig differenzierbare Klasse besitzt die Eigenschaft, dass ihre Profile eindeutig durch die Randwertsättigungen und die Geschindigkeiten bestimmt werden. Damit ist es in dieser Arbeit gelungen, alle qualitativen Informationen der laufenden Wellenlösung in nur einer Abbildung darzustellen. Die Ergebnisse des Perkolationsmodell mit immobilen nichtperkolierenden Sättigungen unterscheiden sich im Vergleich zum traditionellen Modell darin, dass primäre und sekundäre Bewässerungen unterschieden werden können, was zu verschiedenen Geschwindigkeiten führt. Desweiteren ist es nun möglich, ein komplett trockenes Medium mit einer überall stetig differenzierbaren Welle zu bewässern. Bei mobilen nichtperkolierenden Phasen müssen zusätzliche Näherungen getroffen werden, um eine dynamische Systembeschreibung des laufenden Wellenansatzes zu ermöglichen. So muss die Kapillarität vereinfacht werden. Es kann nun zu nichtmonotonem Verhalten in allen vier Phasen kommen. Außerdem können sich Überschusslösungen in der Wassersättigung ergeben. Es werden für verschieden starke Näherungen Lösungen gezeigt, die die Auswirkungen einzelner Aspekte, wie die der gekoppelten Flüsse oder die des Massenaustausches, beleuchten. Die gekoppelten Flüsse spielen gerade bei den Überschusslösungen in der Wassersättigung eine herausragende Rolle. Die Massenaustauschterme können je nachdem, ob sie als Quellen oder Senken dienen, Überschüsse oder Unterschüsse in den einzelnen Phasen zulassen. Da sie jedoch nur zwischen den perkolierenden und nichtperkolierenden Phasen einer Flüssigkeit vorkommen, lassen sie die Wassersättigungsprofile monoton. Mit Hilfe eines numerischen Algorithmus' lassen sich geeignete Anfangs- und Randwerte finden, die in stabilen laufenden Wellenlösungen enden. Bei weniger restriktiven Annahmen kommen entweder ein oder zwei Freiheitsgrade hinzu. Dabei ist die Eindeutigkeit für gegebene Randwerte im Gegensatz zu den Lösungen für das traditionelle Modell nicht mehr gegeben. Dies geht auf die zusätzlichen Freiheitsgrade in den Anfangsbedingungen dreier oder vierer Phasen zurück, die entstehen, indem man die Wellen der einzelnen Phasen relativ zueinander verschieben kann.