Hydrodynamik in der Astrophysik: Grundlagen, numerische Verfahren und Anwendungen
Hydrodynamics in Astrophysics: Fundamentals, Numerical Methods and Application

Modul PH2079

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Basisdaten

PH2079 ist ein Semestermodul in Deutsch oder Englisch auf Master-Niveau das unregelmäßig angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Allgemeiner Spezialfachkatalog Physik
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Kern-, Teilchen- und Astrophysik

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
150 h 40 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2079 ist Ewald Müller.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Diese Modul gibt eine Uebersicht ueber die Grundlagen der Hydrodynamik und die Verwendung hydrodynamischer Verfahren in der Astrophysik. Nach Herleitung der Newtonschen Hydrodynamikgleichungen aus der klassischen statistischen Physik werden auch die Grundgleichungen der relativistischen Hydrodynamik und der Magnetohydrodynamik besprochen. Anschliessend werden die mathematischen Eigenschaften der Hydrodynamikgleichungen untersucht, wobei speziell Charakteristiken, schwache Loesungen, Stroemungsdiskontinuitaeten und das Riemannproblem diskutiert werden. Danach werden numerische Verfahren zur Integration der hydrodynamischen Gleichungen vorgestellt und ihre Funktionweise an Beispielen erlaeutert. Die Vorlesung endet mit der Diskussion dreier Anwendungen aus der Astrophysik: Hydrodynamische Simulation (i) der Mischprozesse in Supernovahuellen, (ii) des thermonuklearen Brennens in Weissen Zwergen und (iii) relativistischer Jets.
 

Lernergebnisse

After successful participation in this module the student is able to:

1. to comprehend and explain the basic physical and mathematical properties of the equations of classical and relativistic hydrodynamics and magneto-hydrodynamics;

2. to name and explain numerical methods and algorithms used in state-of-the-art computational fluid dynamics;

3. to understand the importance and the impact of computational fluid dynamics for the simulation of multi-dimensional hydrodynamic phenomena in astrophysics

Voraussetzungen

unabdingbar:  keine

vorteilhaft:  Grundkenntnisse in der Theorie partieller Differentailgleichungen

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

Lern- und Lehrmethoden

keine Angabe

Medienformen

keine Angabe

Literatur

A.M.Anile, Relativistic Fluids and Magnetofluids, Cambridge University Press, 1989
G.Ecker, Theory of Fully Ionized Plasmas, Academic Press, 1972
S.N.Shore, An Introduction to Astrophysical Hydrodynamics, Academic Press, 1992
F.H.Shu, The Physics of Astrophysics Vol II: Gas Dynamics, University Science, Mill Valley, 1992

A.J.Chorin & J.E.Marsden, A Mathematical Introduction to Fluid Mechanics, Springer, 1979
R.Courant & K.O.Friedrichs, Supersonic Flow and Shock Waves, Springer, 1976
H..Goedbloed & S.Poedts, Principles of Magnetohydrodynamics, Cambridge University Press, 2004
R.J.LeVeque, Numerical Methods for Conservation Laws, Birkhaeuser, 1992                                                     E.F.Toro, Riemann Solvers and Numerical Methods for Fluid Dynamics, Springer, 1997

C.B.Laney, Computational Gasdynamics, Cambridge University Press, 1998
J.M.Marti and E.Mueller, Numerical Hydrodynamics in Special Relativity, Living Reviews in Relativity, lrr-2003-7,
http://relativity.livingreviews.org/Articles/lrr-2003-7/index.html
D.Potter, Computational Physics, Wiley, 1977

E.Mueller, Simulation of Astrophysical Fluid Flow, in ``Computational methods for astrophysical fluid flow'', LeVeque, R.J., Mihalas, D., Dorfi, E.A. & Muelller, E., Springer, 1998
 

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

In einer mündlichen Prüfung wird das Erreichen der Lernergebnisse durch Verständnisfragen und Beispielaufgaben bewertet.

Die Prüfung kann in Übereinstimmung mit §12 (8) APSO auch schriftlich abgehalten werden, in diesem Fall ist der Richtwert für die Prüfungsdauer 60 Minuten.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

Kondensierte Materie

Wenn Atome sich zusammen tun, wird es interessant: Grundlagenforschung an Festkörperelementen, Nanostrukturen und neuen Materialien mit überraschenden Eigenschaften treffen auf innovative Anwendungen.

Kern-, Teilchen-, Astrophysik

Ziel der Forschung ist das Verständnis unserer Welt auf subatomarem Niveau, von den Atomkernen im Zentrum der Atome bis hin zu den elementarsten Bausteinen unserer Welt.

Biophysik

Biologische Systeme, vom Protein bis hin zu lebenden Zellen und deren Verbänden, gehorchen physikalischen Prinzipien. Unser Forschungsbereich Biophysik ist deutschlandweit einer der größten Zusammenschlüsse in diesem Bereich.