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Sophia Kreuzahler

• In the dynamo process, magnetic fields of numerous astrophysical objects are amplified by the flow of electrically conducting fluids. The Von Kármán Sodium Experiment, in which two soft-iron impellers drive liquid sodium, serves the investigation of this process. Questions concerning the interaction of liquid and solid components, though, remain open. In the frame of this work a pseudo-spectral technique for the solution of the MHD equations is combined with a penalty method for the modelling of the impellers, in order to perform direct numerical simulations of this system. This allows for the analysis of velocity and magnetic field structures beyond experimental capabilities. An approximation towards the experimental material constants leads to an enhancement of the dynamo and to the manifestation of the experimentally observed axisymmetric magnetic field geometry. The simulations also shed light on the underlying mechanism.
• Im Dynamoprozess werden Magnetfelder zahlreicher astrophysikalischer Objekte durch die Strömung elektrisch leitfähiger Fluide verstärkt. Das Von Kármán Sodium Experiment, in dem zwei Impeller aus Weicheisen flüssiges Natrium antreiben, dient zur Untersuchung dieses Prozesses. Fragen zur Wechselwirkung der flüssigen und festen Komponenten bleiben jedoch offen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Pseudospektral-Verfahren zur Lösung der MHD-Gleichungen mit einer Penalty-Methode zur Modellierung der Impeller kombiniert, um direkte numerische Simulationen dieses Systems durchzuführen. Dies erlaubt Analysen der Geschwindigkeits- und Magnetfeldstrukturen jenseits experimenteller Möglichkeiten. Eine Annäherung an die experimentellen Materialkonstanten führt zu einer Verstärkung des Dynamos und zur Ausprägung der im Experiment beobachteten axialsymmetrischen Magnetfeldgeometrie. Die Simulationen geben zudem Aufschluss über den zugrundeliegenden Mechanismus.