Mathematical and computational modelling of magnetohydrodynamics
dc.contributor.advisor | Mohan, Madras Viswanathan Gandhi | |
dc.contributor.advisor-co1 | Almeida, Leonardo Andrade de | |
dc.contributor.advisor-co1ID | https://orcid.org/0000-0002-3817-6402 | pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/7812463045514059 | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/1995273890709490 | pt_BR |
dc.contributor.author | Rocha, Gabriel Wendell Celestino | |
dc.contributor.authorID | https://orcid.org/0000-0002-3298-402X | pt_BR |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/0049111339899544 | pt_BR |
dc.contributor.referees1 | Machado, Leonardo Dantas | |
dc.contributor.referees2 | Burkhart, Blakesley | |
dc.date.accessioned | 2025-04-07T20:16:19Z | |
dc.date.available | 2025-04-07T20:16:19Z | |
dc.date.issued | 2025-02-06 | |
dc.description.abstract | Astrophysical systems present significant challenges due to the vast range of phenomena and scales they encompass. Magnetohydrodynamic (MHD) models are particularly integral to the study of such systems, with applications spanning Stellar Astrophysics, such as solar wind and magnetoconvection, to Extragalactic Astrophysics, including modeling the interstellar medium. Numerical simulations play a crucial role in advancing our understanding of these complex systems by providing approximate predictions of their behavior under predefined conditions. However, the computational demands of MHD equations make it essential to achieve these simulations within realistic timeframes. To address this, most advanced MHD simulation codes are written in low-level programming languages, such as C, C++, and FORTRAN. While powerful, these languages are challenging to interpret, which steepens the learning curves for new users. Furthermore, existing simulation codes often require separate software for data visualization and analysis, adding complexity and delaying insights. This dissertation presents a Python-based code for astrophysical MHD simulations that addresses these limitations by offering an accessible and user-friendly alternative. The code integrates tools for real-time visualization and analysis, enabling users to monitor the evolution of their simulations as they run. To minimize wasted computational resources and user effort, the code includes automatic error-checking mechanisms to identify input parameters and initial conditions that could lead to numerical instabilities. The performance and accuracy of the code are validated through standard test problems, including the Brio-Wu shock tube, the Orszag-Tang vortex, and a MHD spherical blast wave. Detailed descriptions of the algorithms and methodologies implemented are provided, highlighting the potential of this tool to streamline MHD research. | pt_BR |
dc.description.resumo | Os sistemas astrofísicos apresentam desafios significativos devido à vasta gama de fenômenos e escalas que abrangem. Os modelos magnetohidrodinâmicos (MHD) são particularmente integrais ao estudo de tais sistemas, com aplicações que abrangem a Astrofísica Estelar, como o vento solar e a magnetoconvecção, até a Astrofísica Extragaláctica, incluindo a modelagem do meio interestelar. As simulações numéricas desempenham um papel crucial no avanço da nossa compreensão desses sistemas complexos, fornecendo previsões aproximadas de seu comportamento sob condições predefinidas. No entanto, as demandas computacionais das equações MHD tornam essencial a obtenção dessas simulações dentro de prazos realistas. Para resolver isso, a maioria dos códigos de simulação MHD avançados são escritos em linguagens de programação de baixo nível, como C, C++ e FORTRAN. Embora poderosas, essas linguagens são desafiadoras de interpretar, o que aumenta as curvas de aprendizado para novos usuários. Além disso, os códigos de simulação existentes geralmente exigem software separado para visualização e análise de dados, adicionando complexidade e atrasando insights. Esta dissertação apresenta um código baseado em Python para simulações MHD astrofísicas que aborda essas limitações, oferecendo uma alternativa acessível e amigável. O código integra ferramentas para visualização e análise em tempo real, permitindo que os usuários monitorem a evolução de suas simulações enquanto elas são executadas. Para minimizar o desperdício de recursos computacionais e esforço do usuário, o código inclui mecanismos automáticos de verificação de erros para identificar parâmetros de entrada e condições iniciais que podem levar a instabilidades numéricas. O desempenho e a precisão do código são validados por meio de problemas de teste padrão, incluindo o tubo de choque Brio-Wu, o vórtice Orszag-Tang e uma onda de explosão esférica MHD. Descrições detalhadas dos algoritmos e metodologias implementadas são fornecidas, destacando o potencial desta ferramenta para agilizar a pesquisa em MHD. | pt_BR |
dc.identifier.citation | ROCHA, Gabriel Wendell Celestino. Mathematical and computational modelling of magnetohydrodynamics. Orientador: Dr. Madras Viswanathan Gandhi Mohan. 2025. 186f. Dissertação (Mestrado em Física) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2025. | pt_BR |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/63393 | |
dc.language | pt_BR | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFRN | pt_BR |
dc.publisher.program | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FÍSICA | pt_BR |
dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
dc.subject | Magnetohidrodinâmica (MHD) | pt_BR |
dc.subject | Métodos numéricos | pt_BR |
dc.subject | Limpeza da divergência | pt_BR |
dc.subject | Implementação em Python | pt_BR |
dc.subject | Problemas de teste padrão | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA | pt_BR |
dc.title | Mathematical and computational modelling of magnetohydrodynamics | pt_BR |
dc.type | masterThesis | pt_BR |
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