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Equilibrium conditions of multi-material particle distributions in SPH simulations of colliding planetesimals in early planetary systems
Christoph Burger
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Astronomie
Betreuer*in
Rudolf Dvorak
DOI
10.25365/thesis.39591
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29937.93127.287463-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Bei beinahe allen numerischen Simulationen - von den einfachsten Fällen abgesehen - stellt die Aufstellung geeigneter Anfangswerte einen entscheidenden ersten Schritt dar. Selbst das beste Simulationsprogramm wird ohne entsprechende Anfangskonfiguration keine sinnvollen Ergebnisse liefern, wobei Isotropie, geringes numerisches Rauschen, sowie physikalische Genauigkeit zentrale Voraussetzungen darstellen. Während manche Anforderungen eng an Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) - die hier verwendete numerische Methode - gekoppelt sind, können andere als relevant für alle numerischen Berechnungen betrachtet werden.
Das Hauptaugenmerk dieser Arbeit liegt auf Betrachtungen zu Anfangskonfigurationen für anschließende SPH-Simulationsläufe. Es werden geometrische Aspekte von anfänglichen SPH-Teilchenverteilungen diskutiert, insbesondere mit Blick auf Anordnungen in Form regelmäßiger Gitter und damit verbundener Symmetrieeffekte.
Wo es die Problemstellung verlangt muss die Anfangskonfiguration in einem relaxierten Zustand (d.h. in einem Gleichgewicht) vorliegen, um unphysikalisches Verhalten zu unterbinden. Diese Anforderung ist besonders bei so genannten giant collisions von zentraler Bedeutung, bei denen die beteiligten Körper naturgemäß eine hydrostatische innere Struktur aufweisen. Jenseits der gebräuchlichen numerischen Relaxierung wird ein semi-analytischer Ansatz vorgestellt und validiert, der in vielen Fällen die Notwendigkeit beträchtliche Rechenzeit lediglich für die anfängliche Relaxierung aufzuwenden praktisch beseitigt. Abschließend wird die Bedeutung der Relaxierung an sich untersucht, wobei ein breiter Massenbereich an kollidierenden Körpern - wichtig im Kontext von Planetenentstehung und Wassertransport - betrachtet wird.
Abstract
(Englisch)
Providing the simulation algorithm with suitable initial conditions is a crucial first step in almost all numerical computations, except for the most trivial cases. Even the most sophisticated simulation program will not produce meaningful results if not started with an appropriate initial configuration, satisfying demands like isotropy, a low level of noise and physical accuracy.
Some of these requirements are unique to Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) - the numerical method considered here - others are of fundamental relevance, independent of the chosen numerical technique.
The main focus of this thesis lies on considerations concerning initial conditions for subsequent SPH simulation runs. The geometrical arrangement of an initial SPH particle setup is discussed, particularly w.r.t. regular lattice configurations and associated symmetry effects. In order to avoid unphysical behavior the initial particle configuration has to be in a relaxed (i.e. equilibrated) state where necessary. This is of particular importance for simulations of giant collisions, where the involved bodies naturally exhibit a hydrostatic internal structure. Beyond the common numerical procedure, a semi-analytical approach for relaxation is introduced and validated, practically eliminating the need for spending significant amounts of valuable computing time solely for the production of a relaxed initial state in a lot of situations. Finally the basic relevance of relaxation itself is studied, focusing on collision simulations in different mass ranges important in the context of planet formation and the transport of water.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) initial conditions relaxation symmetry effects giant collisions planet formation water transport
Schlagwörter
(Deutsch)
Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) Anfangswerte Relaxierung Symmetrieeffekte giant collisions Planetenentstehung Wassertransport
Autor*innen
Christoph Burger
Haupttitel (Englisch)
Equilibrium conditions of multi-material particle distributions in SPH simulations of colliding planetesimals in early planetary systems
Paralleltitel (Deutsch)
Gleichgewichtsbedingungen von aus mehreren Materialien zusammengesetzten Teilchenverteilungen in SPH Simulationen kollidierender Planetesimale in frühen Planetensystemen
Publikationsjahr
2015
Umfangsangabe
59 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Rudolf Dvorak
Klassifikationen
33 Physik > 33.11 Mechanik ,
33 Physik > 33.14 Kontinuumsphysik ,
33 Physik > 33.61 Festkörperphysik ,
33 Physik > 33.90 Physik in Beziehung zu anderen Fachgebieten ,
39 Astronomie > 39.22 Astrophysik ,
39 Astronomie > 39.23 Himmelsmechanik, Astrodynamik ,
39 Astronomie > 39.29 Theoretische Astronomie: Sonstiges ,
39 Astronomie > 39.50 Sonnensystem: Allgemeines ,
39 Astronomie > 39.52 Mond ,
39 Astronomie > 39.53 Planeten ,
39 Astronomie > 39.59 Sonnensystem: Sonstiges
AC Nummer
AC12691729
Utheses ID
35071
Studienkennzahl
UA | 066 | 861 | |