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Dense Granular Fluids and the Granular Glass Transition

dc.contributor.advisorZippelius, Annette Prof. Dr.de
dc.contributor.authorKranz, Wolf Tillde
dc.date.accessioned2011-11-17T15:32:33Zde
dc.date.accessioned2013-01-18T13:43:22Zde
dc.date.available2013-01-30T23:51:14Zde
dc.date.issued2011-11-17de
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B539-Bde
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-2955
dc.description.abstractGetrieben granulare Fluide bei endlichen Dichten werden sowohl theoretisch als auch numerisch auf nichttriviale Korrelationen und die Bildung einer dynamisch gehemmten, amorphen, d.h. glasartigen Phase bei hohen Dichten untersucht. Die definierende Eigenschaft granularer Teilchen, nämlich, dass sie inelastisch kollidieren, bedeutet dass granulare Fluide notwendig fern des Gleichgewichts sind. Wenn die dissipierte Energie jedoch durch eine äußere Treibkraft ausgeglichen wird, zeigt der resultierende stationäre Nichtgleichgewichts-Zustand qualitativ viele Eigenschaften eines Fluids im thermischen Gleichgewicht. Das Ziel dieser Arbeit ist, diese Analogie zu präzisieren in dem Theorien die für Gleichgewichts-Fluide entwickelt wurden für den stationären Zustand von granularen Fluiden verallgemeinert werden. Dazu werdendie granularen Teilchen als inelastische harte Kugeln modelliert und das äußere Treiben durch eine Zufallskraft. Die Simulationen werden mit einem ereignisgesteuerten Programm durchgeführt.Eine Kombination von Messungen aus den Simulationen und einer hydrodynamischen Theorie beleuchten den Einfluss der Impulserhaltung auf die großskaligen Strukturen eines granularen Fluids. Außerdem werden Transportkoeffizienten gemessen die in guter Übereinstimmung mit bestehenden theoretischen Vorhersagen sind. Es wird gezeigt, dass der algebraische Zerfall der Geschwindigkeits-Autokorrelationsfunktion in einem granularen Fluid und einem molekularen Fluid durch den selben physikalischen Mechanismus erklärt werden.Die Modenkopplungs-Theorie, eine Theorie die erfolgreich sowohl auf molekulare als auch kolloidale Fluide im thermischen Gleichgewicht angewendet wurde, wird verallgemeinert um den stationären Nichtgleichgewichts-Zustand eines granularen Fluids zu beschreiben. Es ergibt sich ein zweistufiges Zerfallsszenario für die kohärente und die inkohärente Streufunktion sowie eine divergierende Zerfallszeit, die auf einen granularen Glasübergang bei einer kritischen Dichte hinweist. Eine nichttriviale Abhängigkeit vom Grad der Inelastizität findet sich sowohl für die kritische Dichte als auch für die Dynamik nahe des Glasübergangs.de
dc.format.mimetypeapplication/pdfde
dc.language.isoengde
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de
dc.titleDense Granular Fluids and the Granular Glass Transitionde
dc.typedoctoralThesisde
dc.title.translatedDichte granulare Fluide und der granulare Glasübergangde
dc.contributor.refereeZippelius, Annette Prof. Dr.de
dc.date.examination2011-09-26de
dc.subject.dnb530 Physikde
dc.description.abstractengDriven granular fluids at finite density are investigated theoretically and numerically for nontrivial correlations and for the formation of an dynamically arrested, amorphous, i.e., glassy phase at high densities. The defining property of granular particles, namely that they collide inelastically, implies that granular fluids are necessarily far from equilibrium. Nevertheless, if the energy dissipation is balanced by an external driving force, the resultant non-equilibrium stationary state qualitatively shows many properties of a molecular fluid. The aim of this work is to make this analogy more precise by generalizing theories that have been developed for equilibrium fluids to the stationary state of a driven granular fluid. To this end, the granular particles are modeled as inelastic hard spheres while the external driving is given by a random force. Simulations are performed by an event driven code.A combination of measurements from the simulation and a hydrodynamic theory allows to illuminate the influence of momentum conservation on the large scale structure of the granular fluid. Moreover, transport coefficients are measured and found to be in fair agreement with existing theoretical predictions. It is shown that the algebraic decay of the velocity autocorrelation function in a granular fluid and in a molecular fluid are explained by the same physical mechanism.Mode coupling theory, a theory that has been successfully applied to both molecular and colloidal fluids in thermal equilibrium is generalized to the describe the non-equilibrium stationary state of a granular fluid. A two step relaxation scenario for the coherent and incoherent scattering function is found as well as a diverging relaxation time, indicating a granular glass transition at a critical density. A nontrivial dependence on the degree of inelasticity is found for both the critical density and the dynamics close to the glass transition.de
dc.contributor.coRefereeKree, Reiner Prof. Dr.de
dc.subject.topicPhysicsde
dc.subject.gerGranulare Materie Glasübergang Modenkopplung Hydrodynamikde
dc.subject.engGranular Matter Glass Transition Mode Coupling Hydrodynamicsde
dc.subject.bk33.25de
dc.subject.bk33.66de
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-webdoc-3243-9de
dc.identifier.purlwebdoc-3243de
dc.affiliation.instituteFakultät für Physikde
dc.subject.gokfullRDI 800: Vielteilchenproblem {Theoretische Physik}de
dc.identifier.ppn68494071Xde


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