Modulbeschreibung
Multiphysik-Modellierung und Simulation in der Plasmaphysik
Kürzel:
M_VP_16820
Durchführungszeitraum:
FS/16
ECTS-Punkte:
18
Lernziele:
Die Studierenden
- wissen, was ein Plasma ist und können die Prozesse, welche in einem Plasma ablaufen, als physikalische Prozesse beschreiben (Stösse, Ionisation, Reaktion, Drift).
- wissen, wie sich geladene Teilchen im einem B-Feld bewegen und sind in der Lage, gekoppelte elektromagnetische Systeme mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente (FEM) zu formulieren, modellieren und zu lösen.
- verstehen die Maxwell- und Navier-Stokes-Gleichungen und deren Kopplungen als Grundlage für die Plasmaphysik.
- kennen das Flüssigkeitsbild des Plasmas (MHD, Magnetohydrodynamik) und die kinetische Theorie der Plasmen (Teilchenbild) und kennen deren Gültigkeitsbereich.
- kennen die verschiedenen Ansätze für die numerische Lösung der gekoppelten Maxwell- und Navier-Stokes Gleichungen für ein 2-komponentiges neutrales Edelgas-Plasma (z.B. Argon) und ein nicht-neutrales Plasma (reines Elektronengas).
- sind in der Lage, einfache Modelle zu parametrisieren, über eine Skriptsprache (MATLAB) zu steuern (scripting), zu optimieren (optimization) und auszuwerten (postprocessing).
- sind in der Lage, analytische Modelle zur Validierung der numerischen Simulation in MATLAB zu implementieren und die Resultate zu vergleichen und zu bewerten.
- sind in der Lage, englische Fachpublikationen und Paper zu lesen, deren Inhalte nachzuvollziehen und umzusetzen.
Verantwortliche Person:
Würsch Christoph
Standort (angeboten):
Buchs
Zusätzlich vorausgesetzte Kenntnisse:
Bachelor of Science in Systemtechnik
Einführung in mehrdimensionale Analysis
Scientific Computing
Modultyp:
Standard-Modul für MSE Master of Science in Engineering BB STD_08 (BU)(Keine Semesterempfehlung)
Standard-Modul für MSE Master of Science in Engineering BB STD_16 (BU)(Keine Semesterempfehlung)
Standard-Modul für MSE Master of Science in Engineering BB STD_13 (BU)(Keine Semesterempfehlung)
Standard-Modul für MSE Master of Science in Engineering VZ STD_08 (BU)(Keine Semesterempfehlung)
Standard-Modul für MSE Master of Science in Engineering VZ STD_16 (BU)(Keine Semesterempfehlung)
Standard-Modul für MSE Master of Science in Engineering VZ STD_13 (BU)(Keine Semesterempfehlung)
Standard-Modul für Technik und IT MSE_20(Keine Semesterempfehlung)
ECTS-Punkte pro Kategorie
Fachliche Vertiefung / 18 Punkte
Fachliche Vertiefung / 18 Punkte
Fachliche Vertiefung / 18 Punkte
Fachliche Vertiefung / 18 Punkte
Fachliche Vertiefung / 18 Punkte
Fachliche Vertiefung / 18 Punkte
Fachliche Vertiefung / 18 Punkte
Modulbewertung
Bewertungsart:
Note von 1 - 6
Leistungsbewertung
Während des Semesters:
Im Kurs Multiphysik-Modellierung und Simulation in der Plasmaphysik wird ein Projekt mittels Bericht und Präsentation bewertet. Im Kurs Methoden der Multiphysik-Modellierung wird ein Bericht und eine Präsentation bewertet.
Bewertungsart:
Note von 1 - 6
Gewichtung:
Im Kurs Multiphysik-Modellierung und Simulation in der Plasmaphysik wird ein Projekt mittels Bericht und Präsentation (Gewicht 66.67%) bewertet. Im Kurs Methoden der Multiphysik-Modellierung wird ein Bericht und eine Präsentation (Gewicht 33.3%) bewertet.
Bemerkungen:
Kurse in diesem Modul
Multiphysik-Modellierung und Simulation in der Plasmaphysik
Kürzel:
VP_1682001
Arbeitsaufwand:
420
Semester:
1
Lernziele:
Die Studierenden
- wissen, was ein Plasma ist und können die Prozesse, welche in einem Plasma ablaufen, als physikalische Prozesse beschreiben (Stösse, Ionisation, Reaktion, Drift).
- wissen, wie sich geladene Teilchen im einem B-Feld bewegen und sind in der Lage, gekoppelte elektromagnetische Systeme mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente (FEM) zu formulieren, modellieren und zu lösen.
- verstehen die Maxwell- und Navier-Stokes-Gleichungen und deren Kopplungen als Grundlage für die Plasmaphysik.
- kennen das Flüssigkeitsbild des Plasmas (MHD, Magnetohydrodynamik) und die kinetische Theorie der Plasmen (Teilchenbild) und kennen deren Gültigkeitsbereich.
- kennen die verschiedenen Ansätze für die numerische Lösung der gekoppelten Maxwell- und Navier-Stokes Gleichungen für ein 2-komponentiges neutrales Edelgas-Plasma (z.B. Argon) und ein nicht-neutrales Plasma (reines Elektronengas).
- verstehen die numerische Implementierung eines PIC-Codes und sind in der Lage, ein Elektronenplasma mit einem PIC-Code zu simulieren.
- sind in der Lage, englische Fachpublikationen und Paper zu lesen, deren Inhalte nachzuvollziehen und umzusetzen.
Plan und Lerninhalt:
Die obigen Ziele werden anhand von praktischen Aufgabenstellungen erarbeitet, beispielsweise:
- Simulation der B-Feld-Verteilung in einem invertierten Magnetron, Berechnung der Trajektorien von Elektronen
- Erweiterung eines elektrostatischen PIC-Codes in MATLAB durch ein statisches Magnetfeld
- Simulation eines nicht-neutralen Plasmas in einem invertierten Magnetron im Hochvakuum (HV) und Ultrahochvakuum-Bereich (UHV) mittels eines Particle-in-Cell-Codes (CST Particle Code)
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Projekt mit Lektionen pro Woche
- Max. Teilnehmer: 99
- Harte Grenze: nein
Methoden der Multiphysik-Modellierung
Kürzel:
VP_1682002
Arbeitsaufwand:
120
Semester:
1
Lernziele:
Die Studierenden
- sind in der Lage, einfache Modelle zu parametrisieren, über eine Skriptsprache (MATLAB, Python) zu steuern (scripting), zu optimieren (optimization) und auszuwerten (postprocessing).
- sind in der Lage, analytische Modelle zur Validierung der numerischen Simulation in MATLAB zu implementieren und die Resultate zu vergleichen und zu bewerten.
- sind in der Lage, rechenintensive wissenschaftliche Berechnungen in MATLAB oder Python effizient und sauber strukturiert zu programmieren.
Plan und Lerninhalt:
- Particle-in-Cell Code in MATLAB verstehen und erweitern mit einem statischen B-Feld
- Vergleich mit kommerziellem PIC-Code
- Vergleich der Simulationsergebnisse mit Messungen
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Selbststudium mit Lektionen pro Woche
- Max. Teilnehmer: 99
- Harte Grenze: nein