RUB Logo
RUB

FlareLab

Eine numerische und experimentelle Simulation von Solar Flares

Teilprojekt der Forschergruppe 1048

RUB »  FlareLab »  Simulation

Simulation

Nummerische Simulationen

Simulation und Experiment einer Eruption

Um das Experiment besser verstehen und um verschiedene physikalische Vorgänge trennen zu können, werden numerische Simulationen durchgeführt. Dabei werden sowohl Teilaspekte als auch globale Beiträge untersucht. Die dabei gewonnenen Informationen erlauben Vorhersagen über Auswirkungen verschiedener Parameter. Auch die Auswirkungen von Modifikationen des Experimentes können im Vorfeld abgeschätzt und Messungen simuliert werden.

Es lassen sich mittels numerischer Simulationen verschiedene Aspekte des Experimentes im vorhinein beurteilen und umgekehrt liefert das Experiment Informationen mit denen sich die Simulation verfeinern lässt.

(Um das Bild auf der linken Seite zu vergrößern, bitte auf das Bild klicken.)

Die magneto-hydrodynamischen Gleichungen

Die MHD Gleichungen

Zur Simulation des FlareLab-Experimentes wird ein Flüssigkeitsbild des Plasmas, das sogenannte Magnetohydrodynamik-Modell (MHD-Modell) verwendet. Die obigen MHD Gleichungen beschreiben die zeitliche Entwicklung der Dichte, der Plasmageschwindigkeit und des Magnetfeldes.

Ausgangskonfiguration

Anfangsbedingungen

Die Anfangsbedingung für das magnetische Feld wird durch zwei Dipole, welche unter den Elektroden angebracht sind, erzeugt. Zus?tzlich dazu wird ein Ringstrom hinzugefügt, so dass der eigentliche Z?ndvorgang nicht simuliert wird.

Um sowohl Rechenzeit als auch Speicherplatz zu sparen wird ein adaptives Gitter benutzt, welches nur dort maximale Auflösung aufweist, wo sich der Stromkanal befindet. Die Simulationen werden parallel auf dem TPI-Cluster "euler" als auch auf dem Großrechner JUMP in Jülich durchgeführt. Das Software-Grundgerüst bildet dabei das racoon Paket.

In dem linken Bild sind die magnetischen Anfangswerte visualisiet: die magnetischen Feldlinien sind grün und die elektrische Stromdichte in grau dargestellt. Überlagert wird dies durch das numerische Gitter, in dem ein Kästchen einem Block von 8x8x8 Rechenpunkten entspricht.

Die Kinkinstabilität

Kink

Zur Identifikation beteiligter Phänomene im Experiment werden auch reduzierte und somit weniger komplexe Situationen betrachtet, um ein grundlegendes Verst?ndnis einzelner Prozesse aufzubauen. Beispielhaft sind die Ergebnisse einer Simulation einer Kinkmode vorgestellt.

Die Kinkinstabilität stellt einen zentralen Punkt in der Analyse der Ergebnisse. Die Wellenzahl als auch die Anwachsrate hängen in dieser dymanischen Anordnung nicht nur von der Stromstärke und dem Führungsfeld ab, sondern auch zum Beispiel von der Viskosität. Diese unterdrückt die schnell anwachsenden kurzen Kinkmoden, so dass letztendlich nur die langwelligen Moden erhalten bleiben.

(Um das Bild auf der linken Seite zu vergrößern, bitte auf das Bild klicken.)

Auswirkungen der Plasmadichte

ablauf ablauf ablauf

Die obigen drei Bilder zeigen charakteristische Situationen für die drei ausgesuchten Dichtemodelle. Von links nach rechts: i) die Anfangsdichte ist konstant und mit der Kontinuitätsgleichung propagiert, ii) die Alfvengeschwindigkeit ist fest vorgeschrieben (d.h. die Plasmadichte ist proportional zur magnetischen Energie) und als letztes iii) die Plasmadichte wird durch ein einfaches Ionisations- und Rekombinationsmodell beschrieben. Da bisher die Plasmadichteverteilung im Experiment nicht erfasst ist, werden diese verschiedene Annahmen untersucht, wobei der qualitative Vergleich zeigt, dass das Modell ii) die besten Übereinstimmungen aufweist.

(Um die einzelnen Bilder zu vergrößern, bitte auf das jeweilige Bild klicken.)

 Letzte Änderung: 14.02.2011 | Impressum | Ansprechpartner/in: Inhalt