Direct simulation for a homogenous gas

A probabilistic analysis of the direct simulation of a homogeneous gas is given. A hierarchy of equations similar to the BBGKY hierarchy for the reduced probability densities is derived. By invoking the molecular chaos assumption, an equation similar to the Boltzmann equation for the single particle probability density and the corresponding H-theorem is derived

Thermalization of gluons in ultrarelativistic heavy ion collisions by including three-body interactions in a parton cascade

We develop a new 3+1 dimensional Monte Carlo cascade solving the kinetic on-shell Boltzmann equations for partons including the inelastic gg ggg pQCD processes. The back reaction channel is treated -- for the first time -- fully consistently within this scheme. An extended stochastic method is used to solve the collision integral. The frame dependence and convergency are studied for a fixed tube with thermal initial conditions. The detailed numerical analysis shows that the stochastic method is fully covariant and that convergency is achieved more efficiently than within a standard geometrical formulation of the collision term, especially for high gluon interaction rates. The cascade is then applied to simulate parton evolution and to investigate thermalization of gluons for a central Au+Au collision at RHIC energy. For this study the initial conditions are assumed to be generated by independent minijets with p_T > p_0=2 GeV. With that choice it is demonstrated that overall kinetic equilibration is driven mainly by the inelastic processes and is achieved on a scale of 1 fm/c. The further evolution of the expanding gluonic matter in the central region then shows almost an ideal hydrodynamical behavior. In addition, full chemical equilibration of the gluons follows on a longer timescale of about 3 fm/c.Comment: 121 pages with 55 figures, revised version. Two eps-figures and comments are added. Formula (54) which has typo in journal version is given correctl

Thermally-driven flows between a Leidenfrost solid and a ratchet surface

The significance of thermally-driven flows for the propulsion of Leidenfrost solids on a ratchet surface is studied based on a numerical solution of the Boltzmann equation. In contrast to a previous analysis, it is found that no significant thermal creep flow is established. Instead, the flow pattern is dominated by thermal edge and thermal-stress slip flow, the latter being directed opposite to thermal creep flow. However, in total thermally-induced flows only make a minor contribution to the propulsion of Leidenfrost solids on ratchet surfaces which is dominated by the pressure-driven flow due to the sublimating solid

The Moment Guided Monte Carlo method for the Boltzmann equation

In this work we propose a generalization of the Moment Guided Monte Carlo method developed in [11]. This approach permits to reduce the variance of the particle methods through a matching with a set of suitable macroscopic moment equations. In order to guarantee that the moment equations provide the correct solutions, they are coupled to the kinetic equation through a non equilibrium term. Here, at the contrary to the previous work in which we considered the simplified BGK operator, we deal with the full Boltzmann operator. Moreover, we introduce an hybrid setting which permits to entirely remove the resolution of the kinetic equation in the limit of infinite number of collisions and to consider only the solution of the compressible Euler equation. This modification additionally reduce the statistical error with respect to our previous work and permits to perform simulations of non equilibrium gases using only a few number of particles. We show at the end of the paper several numerical tests which prove the efficiency and the low level of numerical noise of the method.Comment: arXiv admin note: text overlap with arXiv:0908.026

Berechnung des Schalldrucks im Innern eines Quaders

Die Aufgabe dieses Projektes ist die Untersuchung des Schallfeldes, das sich in einem geschlossenen Quader bei Erregung durch eine punktförmige Schallquelle einstellt. Eine zentrale Rolle spielt hierbei die Wechselwirkung zwischen dem Schallfeld und den Quaderplatten, die zu Schwingungen angeregt werden und so dem Schallfeld Energie entziehen. Der Zweck dieser Untersuchung ist, Erkenntnisse für die Berechnung des Innendrucks zu Fahrzeugkarosserien zu gewinnen. Dies muß bei der Dimensionierung des Quaders und bei der Wahl des Plattenmaterials berücksichtigt werden. Numerische Berechnungen des Schalldrucks in einem Quader wurden beispielsweise in [1] durchgeführt. Das Ergebnis zeigt, daß zwei Arten von Resonanzen auftreten: Zum einen Strukturresonanzen, die durch Eigenschwingungen der Wände hervorgerufen werden und die von den Wandabmessungen und dem Plattenmaterial abhängen, zum anderen Hohlraumresonanzen, die auftreten, wenn die Luftwellenlänge in einem geeigneten Verhältnis zu den Abmessungen des Hohlraums steht. Es ist sehr zweifelhaft, welche Rückschlüsse gezogen werden können von den numerischen Resultaten in [1] auf kompliziertere Geometrien, wie sie bei Fahrzeugkarosserien vorliegen. Eine tiefere Einsicht in die Kopplung zwischen Schallfeld und Plattenschwingungen vor allem in den Resonanzbereichen ist nur zu erwarten, wenn die Berechnung dieser Wechselwirkung weitgehend analytisch durchgeführt wird. Eine solche analytische Berechnung ist das Ziel dieses Projektes

Berechnung des Schalldrucks im Innern eines Quaders

Die Aufgabe dieses Projektes ist die Untersuchung des Schallfeldes, das sich in einem geschlossenen Quader bei Erregung durch eine punktförmige Schallquelle einstellt. Eine zentrale Rolle spielt hierbei die Wechselwirkung zwischen dem Schallfeld und den Quaderplatten, die zu Schwingungen angeregt werden und so dem Schallfeld Energie entziehen. Der Zweck dieser Untersuchung ist, Erkenntnisse für die Berechnung des Innendrucks zu Fahrzeugkarosserien zu gewinnen. Dies muß bei der Dimensionierung des Quaders und bei der Wahl des Plattenmaterials berücksichtigt werden. Numerische Berechnungen des Schalldrucks in einem Quader wurden beispielsweise in [1] durchgeführt. Das Ergebnis zeigt, daß zwei Arten von Resonanzen auftreten: Zum einen Strukturresonanzen, die durch Eigenschwingungen der Wände hervorgerufen werden und die von den Wandabmessungen und dem Plattenmaterial abhängen, zum anderen Hohlraumresonanzen, die auftreten, wenn die Luftwellenlänge in einem geeigneten Verhältnis zu den Abmessungen des Hohlraums steht. Es ist sehr zweifelhaft, welche Rückschlüsse gezogen werden können von den numerischen Resultaten in [1] auf kompliziertere Geometrien, wie sie bei Fahrzeugkarosserien vorliegen. Eine tiefere Einsicht in die Kopplung zwischen Schallfeld und Plattenschwingungen vor allem in den Resonanzbereichen ist nur zu erwarten, wenn die Berechnung dieser Wechselwirkung weitgehend analytisch durchgeführt wird. Eine solche analytische Berechnung ist das Ziel dieses Projektes

On Knudsen flows within thin tubes

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Derivation of stochastic reflection laws from specular reflection

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