Mathematical and computational modelling of magnetohydrodynamics

dc.contributor.advisorMohan, Madras Viswanathan Gandhi
dc.contributor.advisor-co1Almeida, Leonardo Andrade de
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0002-3817-6402pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7812463045514059pt_BR
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/1995273890709490pt_BR
dc.contributor.authorRocha, Gabriel Wendell Celestino
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0002-3298-402Xpt_BR
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/0049111339899544pt_BR
dc.contributor.referees1Machado, Leonardo Dantas
dc.contributor.referees2Burkhart, Blakesley
dc.date.accessioned2025-04-07T20:16:19Z
dc.date.available2025-04-07T20:16:19Z
dc.date.issued2025-02-06
dc.description.abstractAstrophysical 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.resumoOs 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.citationROCHA, 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.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/63393
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Nortept_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FÍSICApt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectMagnetohidrodinâmica (MHD)pt_BR
dc.subjectMétodos numéricospt_BR
dc.subjectLimpeza da divergênciapt_BR
dc.subjectImplementação em Pythonpt_BR
dc.subjectProblemas de teste padrãopt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICApt_BR
dc.titleMathematical and computational modelling of magnetohydrodynamicspt_BR
dc.typemasterThesispt_BR

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