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ID: 21812.0, MPI für molekulare Physiologie / Sonstige wissenschaftliche Organisationseinheiten
Instabilität durch doppelt-diffusive Konvektion: Strukturbildung in Experiment und Simulation
Authors:Kötter, Karsten
Language:German
Research Context:self-organization
Date of Approval (YYYY-MM-DD):2002
Name of University:Universität Dortmund
Place of University:Dortmund
Physical Description
(e.g. Total Number of Pages):
118 pp.
Copyright:Karsten Kötter
Audience:Experts Only
Abstract / Description:In dieser Arbeit wird die doppelt-diffusive Konvektion anhand von theoretischen Überlegungen, Experimenten mit einem Tensid/Glyzerin System und Computersimulationen der Navier-Stokes Gleichungen untersucht. Die Untersuchungen befassen sich mit der Wellenlänge und Form der dabei auftretenden Strukturen.
Die bisherigen theoretischen Modelle der Wellenlänge basieren auf den Konzentrationsgradienten des Systems unter Vernachlässigung einer Zeitabhängigkeit. Dieses Modell wird durch eine Berücksichtigung der Zeitabhängigkeit erweitert, so daß der bisherige Parameter des Konzentrationsgradienten durch die anfängliche Konzentration ersetzt wird. Weiterhin wird die Wachstumszeit als eine neue Meßgröße eingeführt. Für ein stufenförmiges Konzentrationsprofil werden quantitative Voraussagen zum Skalenverhalten der Wachstumszeit und der Wellenlänge getroffen.
Diese Voraussagen können anhand von Computersimulationen bestätigt werden. Darüber hinaus werden Simulationen mit weiteren Anfangsbedingungen durchgeführt. Hierbei ergeben sich Veränderungen im Skalenverhalten, die theoretisch begründbar sind.Die Wellenlänge und die Wachstumszeit werden weiterhin in Experimenten mit einem Tensid/Glyzerin System untersucht. Diese Messungen zeigen eine quantitative Übereinstimmung mit den Computersimulationen.
Die Form der Strukturen wird anhand von Experimenten und Computersimulationen untersucht. Basierend auf den bisherigen Arbeiten werden Simulationen mit einer externen Scherströmung durchgeführt. Hierbei zeigt sich ein Übergang von einer waben- zu einer streifenförmigen Struktur. Dieses Phänomen kann in weiteren Simulationen ohne externe Einflüsse nur durch die Form der Anfangsbedingung erzielt werden. Dabei treten erstmalig verschiedene Strukturen in nur einem System auf. Darüber hinaus werden in diesem System neue Mechanismen der Strukturentstehung beschrieben.
Diese Strukturen und ihre Entstehungsmechanismen können experimentell in allen Punkten bestätigt werden. Somit eignet sich dieses System insbesondere als universelles Demonstrationsexperiment der doppelt-diffusiven Konvektion.
Free Keywords:Double-diffusive convection; Double-diffusive fingering; Instability; Buoyancy-driven instability; Interface dynamics;Computational fluid dynamics; Pattern formation
Comment of the Author/Creator:Die Dissertation ist am Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie Dortmund entstanden. Teile der Arbeit wurden bereits in Fachzeitschriften veröffentlicht.
Document Type:PhD-Thesis
Communicated by:Jürgen Block
Affiliations:MPI für molekulare Physiologie/Sonstige Wissenschaftliche Organisationseinheiten/AG Prof. Dr. Mario Markus
Identifiers:URL:https://eldorado.uni-dortmund.de/bitstream/2003/23... [pdf version of this PhD thesis]
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