Kulturelles Erbe und Public-Private Partnerships : Grundsätze, Herausforderungen und Potenziale.

In the present day, PPPs have become highly appealing to many governments. Given the numerous benefits, public bodies are encouraged to partner with private contractors for heritage property conservation and secure substantial up-front finance for long-term maintenance and restoration. Limited experiences of PPPs in heritage conservation suggest a lack of literature exploring mechanisms, benefits, and pitfalls. Before considering any partnership in heritage conservation, it is crucial to develop a nuanced understanding of these unmatured themes. This study aims to investigate the rationales, benefits, and multifaceted challenges that might impede and undermine PPP in heritage conservation projects, potentially putting PPP at risk. The methodology followed in this research relies on a qualitative research approach employing a comparative two-case study strategy. A triangulation process of both literature review and interview techniques was used for data collection in this research. Research participants in this study were from different countries to enable a broader investigation and from diverse backgrounds to provide varied insights and interpretations from distinctive perspectives. The main findings resulting from this thesis imply that there are numerous significant challenges hindering an effective and efficient partnership between public and private bodies. These challenges vary in intensity and specificity according to the underlying features of each state. They encompass issues related to political commitment, the decision-making process, governance and public acceptance, the prolonged negotiation process, inadequate understanding and misrepresentation of PPPs, lack of a sound economic environment, and limited competitive capacities for the private sector. Additionally, demand-related risks also pose a significant challenge. In reality, although PPPs have yielded significant advantages in the two cases studied, it is evident that a considerable amount of effort is required to address these challenges and assert that heritage PPPs are indeed a healthy and beneficial policy. This undoubtedly relies on various determinants, including but not limited to public support, the presence of competitive markets, and a stable financial and regulatory structure.In der heutigen Zeit sind Public-Private Partnerschaften (PPP) für viele Regierungen äußerst attraktiv geworden. Angesichts der zahlreichen Vorteile werden öffentliche Stellen ermutigt, Partnerschaften mit privaten Auftragnehmern für die Erhaltung von Kulturerbestätten einzugehen und eine erhebliche anfängliche Finanzierung für langfristige Instandhaltungs- und Restaurierungsarbeiten zu sichern. Begrenzte Erfahrungen mit PPP im Bereich des Kulturerbes deuten auf einen Mangel an Literatur hin, die Mechanismen, Vorteile und Fallstricke untersucht. Bevor eine Partnerschaft im Bereich des Kulturerbes in Erwägung gezogen wird, ist es entscheidend, ein differenziertes Verständnis für diese unreifen Themen zu entwickeln. Diese Studie zielt darauf ab, die Gründe, Vorteile und vielschichtigen Herausforderungen zu untersuchen, die PPP-Projekte im Bereich des Kulturerbes behindern und untergraben können, was PPP gefährden könnte. Die in dieser Forschung angewandte Methodik stützt sich auf einen qualitativen Forschungsansatz, der eine vergleichende Zweifach-Fallstudienstrategie verwendet. Ein Triangulationsprozess aus Literaturübersicht und Interviewtechniken wurde für die Datensammlung in dieser Forschung eingesetzt. Die Forschungsteilnehmer dieser Studie kamen aus verschiedenen Ländern, um eine umfassendere Untersuchung zu ermöglichen, und hatten unterschiedliche Hintergründe, um vielfältige Einblicke und Interpretationen aus unterschiedlichen Perspektiven zu liefern. Die Hauptergebnisse dieser Arbeit lassen vermuten, dass es zahlreiche bedeutende Herausforderungen gibt, die einer effektiven und effizienten Partnerschaft zwischen öffentlichen und privaten Organisationen im Wege stehen. Diese Herausforderungen variieren in Intensität und Spezifität je nach den grundlegenden Merkmalen jedes Landes. Sie umfassen Probleme im Zusammenhang mit politischem Engagement, Entscheidungsfindungsprozessen, Governance und öffentlicher Akzeptanz, dem langwierigen Verhandlungsprozess, unzureichendem Verständnis und Fehldarstellungen von PPP, Mangel an einer soliden wirtschaftlichen Umgebung sowie begrenzten Wettbewerbsfähigkeiten des privaten Sektors. Zusätzlich stellen nachfragebedingte Risiken eine erhebliche Herausforderung dar. In der Realität, obwohl PPP in den beiden untersuchten Fällen erhebliche Vorteile gebracht haben, ist offensichtlich, dass erhebliche Anstrengungen erforderlich sind, um diesen Herausforderungen zu begegnen und zu betonen, dass PPP im Bereich des Kulturerbes tatsächlich eine gesunde und vorteilhafte Politik ist. Dies hängt zweifellos von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf die Unterstützung der Öffentlichkeit, das Vorhandensein von Wettbewerbsmärkten und einer stabilen finanziellen und regulatorischen Struktur

Standortoptimierung autonomer unbemannter Flugsysteme zur fortgeschrittenen Erkennung und Beobachtung von Waldbränden

The increase in the frequency and severity of wildfires as a symptom of climate change requires innovative methods of wildfire fighting. For this reason, we propose a framework for an autonomous Unmanned Aircraft System (UAS), consisting of a fleet of Micro Air Vehicles (MAVs) stored in purpose-built hangars. The intention is to deploy the UAS as the first responder to an alarm and have the sensor-equipped MAVs monitor the target area even before other standard firefighting vehicles have arrived. The focus of this paper is primarily on the development and application of a location-allocation optimization Mixed-Integer Linear Programming (MILP) model that selects different MAV and hangar types and locates them, with the objective of approaching the target area as quickly as possible while guaranteeing a certain monitoring time at the scene. The model is applied to a large, sparsely populated, rural operational area, around a third of which consists of forest in the South of Brandenburg, Germany. The spatial demand is measured through an easily reproducible and transferable open data approach. Finally, several instances with different fixed numbers of hangars and MAVs to be set up are solved by the commercial state-of-the-art solver CPLEX and analyzed for their computation time.Die Zunahme der Häufigkeit und Schwere von Waldbränden als Symptom des Klimawandels erfordert innovative Methoden der Waldbrandbekämpfung. Für diesen Zweck nutzen wir ein autonomes unbemanntes Luftfahrtsystem (Unmanned Aricraft System - UAS), das aus einer Flotte von Drohnen besteht, die in eigens dafür errichteten Hangars gelagert werden. Ziel ist, das UAS als Erstreaktion bei einem Alarm einzusetzen und die mit Sensoren ausgestatteten Drohnen das Zielgebiet beobachten zu lassen, noch bevor die ersten Einsatzkräfte vor Ort eintreffen. Der Fokus dieses Papers liegt in erster Linie auf der Entwicklung und Anwendung eines Modells der gemischt-ganzzahligen Programmierung (Mixed-Integer Linear Programming - MILP) zur Optimierung der Standortzuweisung. Es werden verschiedene Drohnen- und Hangartypen auswählt und platziert, mit dem Ziel, die Einsatzbereiche so schnell wie möglich anzufliegen und gleichzeitig eine bestimmte Beobachtungszeit am Einsatzort zu garantieren. Das Modell wird auf ein großes, dünn besiedeltes, ländliches Einsatzgebiet, das zu etwa einem Drittel aus Wald besteht, im Süden von Brandenburg, Deutschland angewendet. Die räumliche Nachfrage wird durch einen leicht reproduzierbaren und übertragbaren Ansatz mittels Open Data gemessen. Schließlich werden mehrere Instanzen mit unterschiedlichen festgelegten Anzahlen von Hangars und aufzustellenden MAVs mit dem kommerziellen State-of-the-Art Solver CPLEX gelöst und auf ihre Rechenzeit hin analysiert

Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg, 2025,07 (25.03.2025)

Satzung über die Anerkennung des Studienvorbereitungsprogramms des DAAD „VORsprung: Mit digitaler Vorbereitung zum Studium“ (VORsprung) in Kombination mit dem TestAS und dem TestDaF als Hochschulzugangsberechtigung bzw. -zulassung für ausgewählte zulassungsfreie MINT-Bachelor-Studiengänge der BTU vom 18. März 202

How do midwives in Germany experience women’s birth autonomy? : a grounded theory study

Hintergrund und Fragestellung Gebärende haben ein Recht auf eine bestmögliche Geburtshilfe. Vor dem Hintergrund der Frage, was eine gute Geburtshilfe ausmacht, hat das Schlagwort der „selbstbestimmten Geburt“ Einzug in öffentliche und fachliche Diskurse gehalten. Allerdings fehlen derzeit empirisch informierte Theorien dahingehend, was Selbstbestimmung für Hebammen in Deutschland konkret bedeutet, welchen Bedingungen sie unterliegt und wie sie unter der Geburt verhandelt wird. Entsprechend untersucht die Studie die Forschungsfrage: „Wie erleben geburtsbegleitende Hebammen in Deutschland die Selbstbestimmung Gebärender?“ Methodik Die Forschungsfragen wurden mittels der Grounded Theory Methodologie in der Ausrichtung nach Strauss und Corbin sowie Breuer et al. bearbeitet. Es wurden leitfadengestützte problemzentrierte Einzelinterviews mit 12 werdenden und ausgebildeten Hebammen aus unterschiedlichen Settings geführt. Die Interviews wurden im Zeitraum 2021 – 2023 geführt, aufgezeichnet, transkribiert und pseudonymisiert. Die Interviewdaten wurden gemäß dem Grounded Theory Ansatz mittels des offenen, axialen und selektiven Kodierens mithilfe der Software MaxQDA analysiert. Ergebnisse Es wurden drei verschränkte Modelle entwickelt: Das i) Kodierparadigma gibt Aufschluss über das Phänomen „Selbstbestimmung Gebärender“, seine Bedingungen, die mit ihm verbundenen Handlungsstrategien der Hebammen und seine Konsequenzen. Das ii) Handlungsmodell zum Umgang von Hebammen mit den Präferenzen Gebärender beinhaltet sieben Handlungsschritte, die von allen Hebammen durchlaufen werden. Das iii) Beziehungsmodell theoretisiert die Art und Weise, wie die zwischenmenschliche Beziehung innerhalb jedes Handlungsschritts gestaltet wird. Da die Hebammen auf vielfältige Ansprüche „antworten“ und die Geburtssituation „ver-antworten“, wird vorgeschlagen, statt des eng gefassten Begriffs der „selbstbestimmten Geburt“ von einer durch die Hebammen „verAntwortlichten Selbstbestimmung Gebärender“ auszugehen. Diskussion Die Modelle tragen zum theoretischen Verständnis der Selbstbestimmung Gebärender, ihrer Entstehung und ihrer Grenzen aus der Sicht geburtsbegleitender Hebammen bei. Somit schließen sie mit neuen Erkenntnissen an aktuelle hebammenwissenschaftliche Diskurse – wie bspw. zur Förderung einer frauzentrierten und respektvollen Geburtshilfe – an. Die entwickelten Modelle, einschließlich des vorgeschlagenen Begriffs der durch die Hebamme „verAntwortlichten Selbstbestimmung“ Gebärender, bergen das Potenzial, das Spannungsfeld zwischen der Achtung der Selbstbestimmung Gebärender sowie der Verantwortung für Fürsorge und Schadensvermeidung durch Geburtshelfende konstruktiv miteinander zu verbinden.Background and research question Persons giving birth have a right to receive the highest attainable quality of obstetric care. Against the backdrop of the question of what constitutes good obstetric care, the buzzwords "self-determined birth" or „birth autonomy“ are often referred to in public and professional discourses. However, there remains a lack of empirically informed theories as to what self-determination actually means for midwives in Germany, how it is determined and how it is negotiated during birth. This study, therefore, examines the research question: "How do midwives attending births in Germany experience the self-determination of persons giving birth?" Methods The research questions were addressed using Grounded Theory Methodology according to Strauss and Corbin and Breuer et al. Semi-structrued, problem-centered individual interviews were conducted with 12 midwives. The midwives worked in different settings (clinic; midwife-led delivery room; birth center; home birth) in seven federal states and had a heterogeneous age structure and professional experience. The interviews were conducted, recorded, transcribed and pseudonymized between 2021 and 2023. The interview data was analyzed according to the Grounded Theory Approach using open, axial and selective coding with the help of MaxQDA software. Results Tree interrelated models were developed: The i) coding paradigm provides information about the phenomenon of "self-determination of persons giving birth", its conditions, the midwives' action strategies associated with it and its consequences. The ii) action model suggests seven action steps that all midwives pass in dealing with the preferences of persons giving birth. The iii) relationship model theorizes the way in which the interpersonal relationship is built within each action step. As the midwives "respond" to a variety of demands and "take respons-ibility" for the birth situation, it is suggested that the narrow concept of "self-determined birth" should be replaced by a "respons(e)ible self-determination of persons giving birth". Discussion The models contribute to a better theoretical understanding of the self-determination of persons giving birth, its development and its limits. They thus provide new insights into current discourses in midwifery and health policy, such as the promotion of family-centered and respectful maternity care. Conclusion The concept of „respons(e)ible self-determination“ has the potential to constructively combine recently debated positions between the priorities of a right to self-determination and midwives‘ duties of care and nonmaleficience

Technology of the landscape : on the traces of the unity of technique with Gilbert Simondon, supplemented by an appendix on the question: What can be learned about the invention of landscapes and constructive ecological action with Simondon of green toads and calcareous grasslands

Das Ziel dieser Arbeit ist es, zu zeigen, dass sich ein angemessenes, technisch vermitteltes Verhältnis des Menschen zur Welt, eine zeitgemäße Technologie im Sinne Gilbert Simondons als eine der Landschaft begreifen lässt. Die Arbeit zeigt, dass Simondons Blick auf die Technik im Kern und nicht zufällig ein landschaftlicher ist. Die Bedeutung, die Simondon dem „Geografischen“, nicht zuletzt in seinen Überlegungen zur Technik, zumisst, kann als Ausdruck der für das moderne Denken generell fundamentalen Konstitutionsfunktion der Landschaft als ästhetischer Kategorie aufgefasst werden. Simondon blickt auf eine Landschaft der Technik, was dabei jedoch weitgehend fehlt, sind dezidierte Überlegungen zu einer auf Lebewesen bezogenen Technik, obwohl er gerade sie und insbesondere deren wissenschaftliche Fundierung als elementare Voraussetzung dessen erachtet, was er als „Einheit der Technik“ bezeichnet. Wie die Arbeit zeigt, kann die Ökologie und insbesondere der Ökosystembegriff als Ausdruck genau jenes fehlenden Teils erachtet werden. Eine der Einheit der Technik bei Simondon korrespondierende „Technologie“ findet ihren Ausdruck damit in der als Ökosystem begriffenen Landschaft, einer Mischung aus Menschlichem und Natürlichem, Abiotischem und Biotischem, Menschen, Maschinen, heterogenen Biospezies und unbelebter Materie. Entlang von Simondons Rezeptionsgeschichte wird in Kapitel 2 die Relevanz seines Denkens für die Diskussion um den Begriff der Landschaft begründet. Kapitel 3 demonstriert das Potenzial von Simondons Begriffsapparat für die Strukturierung eines radikal relationalen Weltbilds. In Kapitel 4 werden Modi der Vermittlung dieser Relationalität erschlossen, wobei sich die Landschaft als mittlere wie vermittelnde Größenordnung ausweisen lässt. Auf Basis von Simondons Ästhetikbegriff wird in Kapitel 5 die politische Bedeutung ästhetischer Landschaft und das Problem ästhetizistischen Handelns beleuchtet sowie der Begriff der ästhetischen Anomalie als Konstitutionsmoment eines adäquaten moralischen Handelns (sensu Simondon) vorgeschlagen. Kapitel 6 folgt der Spur des fehlenden Teils zur Einheit der Technik bei Simondon und beleuchtet dabei die Bedeutung eines ökologischen wie landschaftlichen Denkens sowie insbesondere des Ökosystembegriffs für Simondons Technik- bzw. Technologieverständnis. In Kapitel 7 werden in Anschluss an Simondons Begriff des Transindividuellen einige Grundzüge der Funktionsweise transspezifischer Kollektive erschlossen, also Kollektiven nicht nur einer, sondern heterogenen Biospezies. In Kapitel 8 werden die Bedingungen einer adäquaten „Technologie“ im Sinne Simondons rekapituliert und gezeigt, dass gerade eine „Technologie der Landschaft“ als eine „Technologie der Gegenwart“ aufgefasst werden muss. Im Anhang werden die Erkenntnisse der Arbeit auf eine konkrete Fallstudie bezogen, auf deren Basis schließlich die Möglichkeiten konstruktiven ökologischen Handelns ausgelotet werden.The aim of this work is to show that an appropriate, technically mediated human relationship to the world, a contemporary technology in the sense of Gilbert Simondon, can be understood as one of landscape. The work shows that Simondon’s view of technology is essentially and not coincidentally a landscape view. The importance that Simondon attaches to the “geographical”, not least in his reflections on technology, can be understood as an expression of the constitutive function of the “landscape” as an aesthetic category that is fundamental to modern thought in general. Simondon looks at a landscape of technology, but what is largely missing are decisive reflections on a technology related to living beings, although he considers it, and in particular its scientific foundation, to be an elementary prerequisite for what he calls the “unity of technic”. As the work shows, ecology and in particular the concept of ecosystems can be seen as an expression of precisely this missing part. A “technology” corresponding to Simondon’s unity of technic thus finds its expression in the landscape conceived as an ecosystem, a mixture of the human and the natural, the abiotic and the biotic, humans, machines, heterogenic biospecies and inanimate matter. Along Simondon's reception history, chapter 2 justifies the relevance of his thinking for the discussion on the concept of landscape. Chapter 3 demonstrates the potential of Simondon's conceptual apparatus for structuring a radically relational worldview. Chapter 4 explores modes of mediating this relationality, with the landscape proving to be both a mediating as well as a media scale. Based on Simondon's concept of aesthetics, chapter 5 examines the political significance of the aesthetic landscape along the problem of aestheticist action and proposes the concept of aesthetic anomaly as a constitutive moment of adequate moral action (sensu Simondon). Chapter 6 follows the trail of the missing part on the unity of technic Simondon’s and illuminates the significance of ecological and landscape thinking for his understanding of technology. In chapter 7, following Simondon's concept of the transindividual, some basic features of the functioning of trans-specific collectives, i.e. collectives of heterogeneous biospecies, are developed. Chapter 8 recapitulates the conditions of an adequate “technology” in Simondon's sense and shows that a “technology of the landscape” must be understood in certain ways as a “technology of the present”. In the appendix, the findings of the work are related to a concrete case study, that explores the possibility of constructive ecological action

Households’ willingness to use water from a solar water disinfection treatment system for household purposes

The consumption of contaminated water contributes to the global burden of diarrhea and other water-borne diseases, especially among young children. While decentralized solar water disinfection treatment systems (hereafter SODIS) remain a viable option to have safe drinking water, our understanding of the effects of household water treatment before use on willingness to accept and adopt a SODIS is limited. In this study, a complementary log-log regression analysis of the compositional and contextual factors that systematically vary with willingness to accept and adopt a SODIS in the Sawla-Tuna-Kalba (STK) district of Ghana was carried out. Based on our findings, a greater proportion of households (97%) are willing to accept and adopt a SODIS. Compositional and contextual factors such as age, marital status, education, religion, and geographical location significantly contribute to households’ willingness to accept and adopt a SODIS in the STK district of Ghana. Households that treat their water before use (66%, p < 0.05) are more likely to accept and adopt a SODIS compared to those that do not treat their water before use. The findings, therefore, suggest that scaling up SODIS in the STK district is sacrosanct and highlight the necessity to analyse compositional and contextual factors influencing willingness to accept and adopt SODIS. Our findings will inform policies and programs aimed at implementing SODIS in the study area to improve the health of communities that rely on poor-quality drinking water sources

Eine charakteristische dynamische Modenzerlegung zur Erkennung von transportdominierten großskaligen kohärenten Strukturen in turbulenten wandbegrenzten Strömungen

Large-scale energetic coherent structures are detected in turbulent pipe flow at shear Reynolds number of 181. They are distinguished by having long lifetimes, living on large scales and contributing prominently to the spectral peak in premultiplied spectra of streamwise velocity component. In order to investigate these structures in the absence of small scale perturbations, they are extracted from the underlying multi-scaled and complex turbulent flow. For this purpose, data-driven methods such as Proper Orthogonal Decomposition (POD) and Dynamic Mode Decomposition (DMD) are suitable candidates as long as the structures are stationary in space and time. Nevertheless, the transport-dominated nature of structures in wall-bounded flows poses a major problem to application of such methods. Different instances of a structure travelling with a certain group velocity in space and time will be perceived as different modes. This results in poorly decaying singular values signifying that many modes will be required to describe a single structure. To remedy this issue a Characteristic DMD (CDMD) is developed showing that on a properly chosen frame of reference along the characteristics defined by the group velocity, a POD or DMD reduce the moving structures to a few modes. Reconstruction of the candidate modes in the spatio-temporal space and transforming them back to physical space gives the low rank model of the flow. The method is initially applied to the vortex head of a compressible starting jet as it offers a distinct coherent structure and therefore, can serve as a success measure of the method. The vortex head is described with a few modes only and it is shown that the dynamics associated with the modes are detected more accurately on a moving frame. In the next step the developed method is applied to the data from Direct Numerical Simulations (DNS) and a low dimensional subspace is extracted out of highly complex turbulent pipe flow. The essential features of the flow such as spectral energy and Reynolds stresses are captured in a subspace with only 3% of the modes. The structures living in this subspace have long lifetimes, possess wide range of length-scales and travel at group velocities close to that of the moving frame of reference. Having a significantly lower degree of freedom, the detected low rank subspace offers a more clear basis for capturing large-scale persistent structures. Aiming at separating the scales, a second spatio-temporal decomposition is applied to the low rank subspace, normal to the direction of characteristics. A secondary subspace is formed comprising of the modes with large scales using only 10% of the new modes. Investigating the spectral and turbulent properties of the mentioned subspace, shows that it accommodates the near-wall streaks. The captured streaks show a significant contribution to the spectrum of streamwise velocity component and very low contributions to the spectra ofradial and azimuthal components. The developed CDMD proves to be an effective tool to detect and identify the large-scale coherent structures in wall-bounded turbulent flows.Großskalige energetische kohärente Strukturen in einer turbulenten Rohrströmung bei einer Scher-Reynoldszahl von 181 werden aufgelöst und nachgewiesen. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie eine lange Lebensdauer haben, auf großen Skalen leben und in den vormultiplizierten Spektren der Geschwindigkeitskomponente in Strömungsrichtung einen bedeutenden Beitrag zur spektralen Amplitude leisten. Um diese Strukturen in Abwesenheit von kleinräumigen Störungen zu untersuchen, werden sie aus der zugrunde liegenden vielskaligen und komplexen turbulenten Strömung extrahiert. Zu diesem Zweck eignen sich datengesteuerte Methoden wie die Proper Orthogonal Decomposition (POD) und die Dynamic Mode Decomposition (DMD), sofern die Strukturen in Raum und Zeit stationär sind. Dennoch stellt die transportdominierte Natur von Strukturen in wandbegrenzten Strömungen ein großes Problem für die Anwendung solcher Methoden dar. Verschiedene Instanzen einer Struktur, die sich mit einer bestimmten Gruppengeschwindigkeit in Raum und Zeit bewegen, werden als unterschiedliche Moden wahrgenommen. Dies führt zu schlecht abfallenden Singulärwerten, was bedeutet, dass viele Moden erforderlich sind, um eine einzige Struktur zu beschreiben. Um dieses Problem zu lösen, wird eine charakteristische DMD (CDMD) entwickelt, die zeigt, dass entlang der Charakteristiken eine POD oder DMD, bei einem richtig gewählten Bezugsrahmen, die bewegten Strukturen auf wenige Moden reduziert. Die Rekonstruktion der Kandidatenmoden im raum-zeitlichen Raum und ihre Rücktransformation in den physikalischen Raum ergibt das niedrigrangige Modell der Strömung. Die Methode wird zunächst auf den Wirbelkopf eines kompressiblen Freistrahls angewandt, da dieser eine ausgeprägte kohärente Struktur aufweist und daher als Erfolgsmaßstab für die Methode dienen kann. Der Wirbelkopf wird mit nur wenigen Moden beschrieben, und es wird gezeigt, dass die mit den Moden verbundene Dynamik in einem bewegten Rahmen genauer erfasst wird. Im nächsten Schritt wird die entwickelte Methode auf die Daten aus Direkten Numerischen Simulationen (DNS) angewendet und ein niedrigdimensionaler Unterraum aus einer hochkomplexen turbulenten Rohrströmung extrahiert. Die wesentlichen Merkmale der Strömung wie spektrale Energie und Reynoldsspannungen werden in einem Unterraum mit nur 3% der Moden erfasst. Mit einem deutlich geringeren Freiheitsgrad bietet der ermittelte Unterraum mit niedrigem Rang eine klarere Grundlage für die Erfassung großräumiger, anhaltender Strukturen. Um die Skalen zu trennen, wird eine zweite räumlich-zeitliche Zerlegung auf den Unterraum mit niedrigem Rang, normal zur Richtung der Merkmale, angewendet. Es wird ein sekundärer Unterraum gebildet, der die Moden mit großen Skalen enthält, wobei nur 10% der neuen Moden verwendet werden. Die Untersuchung der spektralen und turbulenten Eigenschaften des genannten Unterraums zeigt, dass er die wandnahen Streaks beherbergt. Die erfassten Streaks zeigen einen signifikanten Beitrag zum Spektrum der Geschwindigkeitskomponente in Strömungsrichtung und sehr geringe Beiträge zu den Spektren der radialen und azimutalen Komponenten. Das entwickelte CDMD erweist sich als ein effektives Werkzeug zur Erkennung und Identifizierung großräumiger kohärenter Strukturen in wandbegrenzten turbulenten Strömungen

Transport und Wellen in parametrisch angeregten Fluidschichten

The transport and waves in parametrically excited fluid layers play a significant role in an understanding of non-linear surface wave phenomena and tidal resonances. In this thesis, we study resonant waves occurring in a circular channel with various obstacles under external oscillatory excitation. Typically, such sloshing experiments are conducted in rectangular, straight channels. The external excitation is implemented using a rotating table on which the entire experiment, including measurement equipment, is mounted. The excitation is either sinusoidal or ratched motion. The obstacles include a fully blocking barrier and a symmetric or asymmetric hill. The channel circumference is 4.76 m, with water depths ranging from 2 cm to 6 cm. Wave displacements within the channel are measured using 17 ultrasonic sensors equidistantly distributed along half of the channel. Particle Image Velocimetry (PIV) is employed to measure the flow. We also consider a simplified numerical model capable of reproducing the experimental results. This model is based on a long-wave approximation and vertical integration using a profile function (Kármán-Pohlhausen approach). Additionally, we use a wave attractor model to quantitatively explain the development of resonances. These resonances are distributed in bands of the excitation frequency around the linear eigenfrequency. The experimental wave attractor and numerical results are consistent with each other. The waves observed within these resonant frequency bands appear as undular bores or solitary waves. In the fully blocking case, bands of constructive and destructive interference are observed, while in the presence of hills, all eigenfrequencies exhibit resonances of varying intensity. These non-linear wave phenomena are characterized by strong transport properties, which can be studied here due to the fact that the circular channel is not fully blocked. The ratched excitation generated asymmetric wave fields, which also induced asymmetric transport in the channel, leading to the emergence of a mean flow in the channel. A similar mean channel flow is observed for the asymmetric hill; however, wave-induced transport played a lesser role in this case. This is attributed to a large separation vortex on the steep side of the hill, which created a valve effect that rectified part of the oscillatory flow. These results are of interest not only for engineering applications but also for the understanding of tidal flows over seabed topography.Der Transport und die Wellen in parametrisch angeregten Flüssigkeitsschichten spielt eine große Rolle im Verständnis von nichtlinearen Oberflächenwellenphänomenen und Gezeitenresonanzen. In dieser Arbeit werden resonante Wellen untersucht, die in einem kreisförmigen Kanal mit verschiedenen Hindernissen auftreten, wenn dieser einer externen oszillatorischen Anregung ausgesetzt wird. Normalerweise werden solche Schwapp-Experimente in rechteckigen, geraden Kanälen durchgeführt. Die externe Anregung wird durch einen Rotationstisch realisiert, auf dem sich das gesamte Experiment inklusive Messtechnik befindet. Die Anregung erfolgt entweder sinusoidal oder sägezahnförmig. Die Hindernisse sind eine völlig verschließende Barriere sowie ein symmetrischer oder asymmetrischer Berg. Der mittlere Kanalumfang hat eine Gesamtlänge von 4,76 m, während Wasserhöhen von 2 cm bis 6 cm untersucht werden. Als Messmethode für die Auslenkung der im Kanal befindlichen Wellen werden 17 Ultraschallsensoren verwendet, welche äquidistant über die Hälfte des Kanals verteilt sind. Zur Messung der Strömung wird Particle Image Velocimetry verwendet. Wir betrachten in dieser Arbeit ebenfalls ein vereinfachtes numerisches Modell, das in der Lage ist, die experimentellen Ergebnisse zu reproduzieren. Dieses Modell basiert auf einer Langwellennäherung und der vertikalen Integration über eine Profilfunktion (Kármán-Pohlhausen-Ansatz). Ein Wellenattraktor-Modell beschreibt die Entwicklung von Resonanzen qualitativ, die in Bändern der Anregungsfrequenz um die lineare Eigenfrequenz herum angeordnet sind. Die experimentellen Wellenattraktor- und numerischen Ergebnisse sind konsistent miteinander. Die Wellen, die innerhalb dieser resonanten Frequenzbänder beobachtet werden, treten als gewellter Schwall (undular bore) oder Einzelwelle (solitary wave) auf. Im vollständig blockierenden Fall werden Bänder konstruktiver und destruktiver Interferenz beobachtet, während im Fall der Berge alle Eigenfrequenzen Resonanzen unterschiedlicher Stärke aufweisen. Diese nichtlinearen Wellenphänomene zeichnen sich durch starke Transporteigenschaften aus, die wir hier aufgrund der Kreisförmigkeit des nicht komplett verschlossenen Kanals studieren können. Die sägezahnförmige Anregung erzeugt asymmetrische Wellenfelder, die ebenfalls einen asymmetrischen Transport im Kanal bewirkt, der zum Erscheinen einer Kanalmittelströmung führt. Eine ähnliche Kanalmittelströmung wird für den asymmetrischen Berg beobachtet, allerdings spielt der Transport durch Wellen hier eine untergeordnete Rolle. Dies liegt daran, dass eine große Ablöseblase an der steilen Bergseite einen Ventileffekt erzeugte, die einen Teil der oszillierenden Strömung gleichrichtete. Diese Ergebnisse sind nicht nur für ingenieurtechnische Anwendungen von Interesse, sondern auch für das Verständnis von Gezeitenströmen über Bodenformen

Quantitative assessment of cooling methods for electrical machines in aircraft drives

Transformation of the aviation sector towards climate-neutral solutions such as electrification is urgent. Aviation electrification requires reasoned selection of suitable technologies which has to meet strict requirements and standards. Cooling of electrical components plays a vital role in the sizing and overall performance of the electrical drive system and must achieve high effectiveness and reliability at low weight. Three cooling methods – air cooling, direct slot cooling and cooling jacket – are sized for a 300 kW commuter aircraft (CS23) all-electric propulsion system. They are further evaluated quantitatively for weight, drag, reliability and effectiveness in a conservative assessment. A lumped parameter thermal network (LPTN) approach is utilized to assess and evaluate the thermal performance of the cooling systems. The LPTN model served as the basis to determine the temperature limits and capabilities of the cooling system which are then utilized to size the auxiliary components. Reliability is assessed via fault tree analysis, drag via scoop inlet characteristics and effectiveness via the heat load dissipated per weight of the system and the required cooling power per mechanical power. Cooling jacket achieves the highest effectiveness closely followed by slot cooling. Air cooling proves to be most reliable and lightest

Effect of boric acid on the chemical-physical structural changes during the production of cellulose-based carbon fibers

Dank der herausragenden spezifischen Festigkeit und Steifigkeit von Carbonfasern ermöglicht ihr Einsatz im Leichtbau eine signifikante Gewichtsreduktion von Verbundwerkstoffbauteilen. Für diese Anwendungen werden nahezu ausschließlich Carbonfasern auf Basis von erdölbasierten Polyacrylnitril (PAN) verwendet. Alternative biogene Präkursorsysteme, wie beispielsweise Cellulose, gewinnen aufgrund ihres Potenzials zur CO2-Reduktion und ökonomischer Vorteile zunehmend an Interesse. Derzeit wird ihr Einsatz durch eine geringere Ausbeute bei der Herstellung und niedrigere mechanische Kennwerte eingeschränkt, was weitere Forschungsarbeiten, u. a. im Bereich der eingesetzten Prozesshilfsmittel, erforderlich macht. In der vorliegenden Arbeit wird die Auswirkung des Einsatzes von Borsäure als Additiv bei der Herstellung Cellulose-basierter Carbonfasern beleuchtet. Es wird die Hypothese verfolgt, dass Borsäure sich nicht nur positiv auf die Ausbeute bei der thermo-mechanischen Umwandlung, sondern auch auf die finale Struktur der Carbonfaser auswirkt. Aus zwei Präkursoren, einer mit Borsäure beladen und einer unmodifiziert als Referenz, werden unter Variation der Konvertierungsparameter in einem kontinuierlichen Prozess Carbonfasern hergestellt. Die chemische Umwandlung der Carbonfasern wird systematisch mittels Elementaranalyse (CHNS, ICP-OES, REM-EDX) und thermischer Analytik (DSC, TGA-MS, In-situ WAXS) untersucht und die physikalischen Strukturänderungen mit verschiedensten WAXS-Techniken verfolgt. Auch makroskopische Eigenschaften wie Dichte, spezifische elektrische Leitfähigkeit und mechanische Kennwerte werden bestimmt und über verschiedene Modelle mit strukturellen Parametern korreliert. Bereits die thermischen Analysen zeigen eine starke Wechselwirkung zwischen Borsäure und dem Cellulose-basierten Präkursor auf. Im Vergleich zum unbehandelten Referenzsystem findet der Masseverlust bei geringen Temperaturen statt und die Ausbeute erhöht sich erheblich. Es wird gezeigt, dass Borsäureprodukte auch nach einer Temperaturbehandlung bei 2000 °C in den Carbonfasern verbleiben und bereits ab 1200 °C die Ausbildung einer kristallinen Kohlenstoffphase beschleunigen. Durch Anpassung der Prozessführung auf die Wirkungsweise des Additivs werden Cellulose-basierte Carbonfasern mit Elastizitätsmoduli auf dem Niveau von kommerziellen PAN-basierten Carbonfasern (230 GPa) mit stark erhöhter Leitfähigkeit hergestellt. Die makroskopischen und strukturellen Änderungen werden ganzheitlich unter Einführung der mikroskopischen Moduli im Rahmen des uniform stress Modells erklärt und als Ursache eine Reduktion von kovalenten Quervernetzungen der Basalebenen identifiziert. Als Folge wird das Kristallitwachstum weniger stark behindert und die Orientierbarkeit der kristallinen Phase während der Carbonisierung bei 2000 °C signifikant erhöht.Due to their outstanding specific strength and stiffness enable carbon fibers significant weight reduction in lightweight construction of composite components. For these applications, almost exclusively carbon fibers based on polyacrylonitrile are used. Alternative, biogenic precursor systems, such as cellulose, are gaining increasing interest due to their potential for CO2 reduction and possible economic advantages. Currently, their application is limited by lower yields in production and reduced mechanical properties, necessitating further research, including in the field of additives. In the present work, the effect of boric acid as an additive in the production of cellulose-based carbon fibers is examined. The hypothesis is that boric acid positively influences both the yield during conversion and the final structure of the carbon fiber. Two precursors, one loaded with boric acid and one unmodified as a reference, are used to produce carbon fibers in a continuous process while varying the conversion parameters. The chemical conversion of the carbon fibers is systematically analyzed using elemental analysis (CHNS, ICP-OES, SEM-EDX) and thermal analysis (DSC, TGA-MS, in-situ WAXS) and the physical structural changes are tracked using various WAXS techniques. Macroscopic properties such as density, specific electrical conductivity, and mechanical properties are also determined and correlated with structural parameters using different models. The thermal analyses already show a strong interaction between boric acid and the cellulose-based precursor. Compared to the untreated reference system, the mass loss occurs at lower temperatures and the yield increases drastically. It is demonstrated that boric acid products remain in the carbon fibers even after heat treatment at 2000 °C and that they accelerate the formation of crystalline structures starting at 1200 °C. By adapting the process to the mechanism of the additive, cellulose-based carbon fibers with elastic moduli at the level of commercial standard-modulus carbon fibers (230 GPa) and significantly increased conductivity are produced. The macroscopic and structural changes are comprehensively explained by introducing the microscopic moduli within a uniform stress model. The shear modulus of the basal planes normal to the c-axis, a direct measure of the density of covalent cross-links, decreases by 40% due to the use of boric acid. As a result, crystallite growth is less hindered and the orientability of the crystalline phase during conversion at 2000 °C is tripled