Simulations of quantum turbulence in thermal counterflow of superfluid helium using the vortex filament method
| Název práce v češtině: | Simulace kvantové turbulence v tepelném protiproudu supratekutého hélia metodou vírových vláken |
|---|---|
| Název v anglickém jazyce: | Simulations of quantum turbulence in thermal counterflow of superfluid helium using the vortex filament method |
| Klíčová slova: | Supratekuté hélium|Kvantová turbulencia|Numerické simulácie|Vortex Filament model |
| Klíčová slova anglicky: | Superfluid helium|Quantum turbulence|Numerical simulations|Vortex Filament model |
| Akademický rok vypsání: | 2021/2022 |
| Typ práce: | bakalářská práce |
| Jazyk práce: | angličtina |
| Ústav: | Katedra fyziky nízkých teplot (32-KFNT) |
| Vedoucí / školitel: | doc. RNDr. David Schmoranzer, Ph.D. |
| Řešitel: | Bc. Róbert Jurčo - zadáno a potvrzeno stud. odd. |
| Datum přihlášení: | 08.11.2021 |
| Datum zadání: | 08.11.2021 |
| Datum potvrzení stud. oddělením: | 26.04.2022 |
| Datum a čas obhajoby: | 15.06.2022 09:00 |
| Datum odevzdání elektronické podoby: | 12.05.2022 |
| Datum odevzdání tištěné podoby: | 12.05.2022 |
| Datum proběhlé obhajoby: | 15.06.2022 |
| Oponenti: | Mgr. Emil Varga, Ph.D. |
| Konzultanti: | Mgr. Martin Šípka |
| Zásady pro vypracování |
| Cílem této práce je provedení sady numerických simulací kvantové turbulence v supratekutém héliu v proudění označovaném jako tepelný protiproud. Výstupem práce bude především validace a benchmarking kódu na známém proudění – protiproud v pravoúhlém kanálu – kde student věnuje pozornost především shodě s experimentem a vlivu přítomnosti stěn v simulaci. Druhým výstupem bude také postupná adaptace kódu na méně obvyklé geometrie proudění – např. sféricky symetrický protiproud – kde může hrát značnou roli i prostorové rozložení teploty a musí být tedy uvažováno jako nedílná součást simulace. Student během řešení této práce převezme existující numerický kód realizující výpočet dynamiky kvantovaných vírů pomocí metody vírových vláken a adaptuje jej na zmíněné fyzikální úlohy, přičemž pro sférický protiproud půjde pouze o aproximativní řešení. Výsledky simulací budou porovnány s experimentálními daty získanými v Laboratoři supratekutosti MFF UK a dalšími simulacemi. Volitelnou součástí práce je částečná paralelizace existujícího kódu pro použití na clusterech větších výpočetních center. |
| Seznam odborné literatury |
| L.D. Landau, E.M. Lifshitz: Fluid dynamics, Pergamon Press, 1987
Barenghi, C.F., Donnelly, R.J., Vinen, W.F. (Eds.): Quantized Vortex Dynamics and Superfluid Turbulence, Springer, 2001 L. Skrbek a kol., Fyzika nízkých teplot, Matfyzpress, 2011 S. Inui and M. Tsubota, Spherically symmetric formation of localized vortex tangle around a heat source in superfluid 4He, Phys. Rev. B 101, 214511 (2020) E. Rickinson, C. F. Barenghi, Y. A. Sergeev, and A. W. Baggaley, Superfluid turbulence driven by cylindrically symmetric thermal counterflow, Phys. Rev. B 101, 134519 (2020) E. Varga, Peculiarities of Spherically Symmetric Counterflow, JLTP 196, 28–34 (2019) E. Varga, S. Babuin, and L. Skrbek, Second-sound studies of coflow and counterflow of superfluid 4He in channels, Physics of Fluids 27, 065101 (2015) |