Dokument: Dynamics of Granular Matter in Two Dimensions
| Titel: | Dynamics of Granular Matter in Two Dimensions | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=26224 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20140616-100216-2 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Stärk, Elmar [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Horbach, Jürgen [Gutachter] Prof. Dr. Egelhaaf, Stefan [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik | |||||||
| Beschreibungen: | In this thesis, the dynamics of granular matter are investigated in different experiments. Image processing algorithms are developed and used to extract particle positions from the experimental data.
A 2D Lorentz model is realized by driving a particle through a network of obstacles on a vibrating table. The mechanism of driving a particle horizontally by vertical vibrations is analyzed in detail. The mean-squared displacement is measured over more then six decades in time. Critical exponents for the long-time dynamics of particles of different sizes are found and compared to simulation results. The behavior of 2D granular fluids close to the glass transition is investigated: Bidisperse mixtures of disk-like particles are driven by a vibrating table. The particles are marked by individual labels, which can be identified by an image processing algorithm. This algorithm allows to measure the evolution of the mean-squared displacement over long times, while the influence of particle tracking errors is greatly reduced. The emergence of a plateau in the mean-squared displacement close to the glass transition is observed. α-scaling is successfully applied and compared to modecoupling predictions. In 3D, the data from microgravity experiments on magnetically excited granular gases is analyzed. Particle velocity distributions both during magnetical driving and during granular cooling are determined. The cooling behavior is evaluated for different densities and Haff’s Law is verified.In dieser Doktorarbeit wird die Dynamik granularer Materialien in verschiedenen Experimenten untersucht. Bildverarbeitungsalgorithmen zur Bestimmung von Teilchenpositionen werden entwickelt und angewendet. Ein 2D Lorentzmodell wird mit Hilfe durch vertikale Schwingungen getriebener Testteilchen realisiert, die sich durch ein Netzwerk von Hindernissen bewegen. Die Umsetzung der vertikalen Schwingungen in horizontale Teilchenbewegungen wird detailiert untersucht. Das mittlere Verschiebungsquadrat wird über mehr als sechs zeitliche Dekaden gemessen. Kritische Exponenenten für die Langzeitdynamik von Teilchen verschiedener Größe werden ermittelt und mit Simulationsergebnissen verglichen. Das Verhalten eines zweidimensionalen granularen Fluids wird untersucht: Bidisperse Mischungen scheibenähnlicher Teilchen werden durch einen Rütteltisch angetrieben. Die einzelnen Teilchen werden mit individuellen Codes markiert, die dann durch einen Bildverarbeitungsalgorithmus ausgelesen werden. Dieser Algorithmus erlaubt, Langzeitmessungen durchzuführen und dabei Störungen durch Teilchenverfolgungsfehler weitestgehend zu vermeiden. Die Ausbildung eines Plateaus im mittleren Verschiebungsquadrat über mehr als vier zeitliche Dekaden kann nahe dem Glasübergang beobachtet werden. α-Scaling wird erfolgreich angewandt und mit Modenkopplungsvorhersagen verglichen. Die Daten eines Mikrogravitationsexperimentes bezüglich magnetisch getriebener granularer Gase werden ausgewertet. Die Verteilungen der Teilchengeschwindigkeiten werden sowohl für die Anregungsphase als auch für die Phase des granularen Kühlens bestimmt. Das granulare Kühlen wird bei verschiedenen Dichten untersucht und das Haff’sche Gesetz kann bestätigt werden. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik » Theoretische Physik | |||||||
| Dokument erstellt am: | 16.06.2014 | |||||||
| Dateien geändert am: | 16.06.2014 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 18.10.2012 | |||||||
| Datum der Promotion: | 18.12.2012 |
