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

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.
 

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

unabdingbar:  keine

vorteilhaft:  Grundkenntnisse in der Theorie partieller Differentailgleichungen

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
 

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.