In dieser Arbeit wird numerisch die Dynamik von Inertialpartikeln untersucht, die durch Kollisionen aggregieren und unter bestimmten Bedingungen wieder fragmentieren. Unser Ziel ist vor allem ein besseres Verständnis natürlicher Phänomene wie zum Beispiel die Bildung von Tropfen in Wolken und mariner Aggregate. Unser Schwerpunkt ist die Untersuchung des Langzeitverhaltens von Größenverteilungen von Partikeln. Als erstes beschreiben wir ein Modell für die Aggregation und Fragmentierung von kugelförmigen Tropfen in einer turbulenten Strömung. Ferner analysieren wir Systeme mit komplexerer Aggregatstruktur, wo die Struktur mit einer fraktalen Dimension approximiert werden kann. Wir zeigen, dass die Verteilung der Fragmente nach dem Zerbrechen entscheidend für die Form der Größenverteilung der Aggregate ist. Schließlich zeigen wir wie sich unser Ansatz in die etablierten Modelle aus der Literatur einordnet. <dt.>
In this thesis we study numerically the dynamics of inertial particles aggregating upon collision and fragmenting under certain conditions. Our motivation lies primarily in understanding natural phenomena such as the formation of cloud droplets and marine aggregates. Our main focus is the study of the size distributions of particles which evolve in the long-term limit. First, we describe a model for the aggregation-fragmentation dynamics of spherical droplets in a turbulent flow. In addition, we show how to model processes where aggregates with a more complex structure appear. We discuss the problem of aggregation and fragmentation in systems where the aggregate structure can be approximated in terms of a fractal dimension. The distribution of the fragments after breaking is found to be the main influence on the resulting shape of the steady state size distribution. Finally, we integrate our approach with the established models from the literature. <engl.>
Thiel, Marco Nonlinear Dynamics and Chaos: Advances and Perspectives Berlin, Heidelberg : Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2010 (2010), Seite 51-87 Online-Ressource (XV, 293p. 16 illus. in color, digital)
