Experimentelle Untersuchung der turbulenten Brenngeschwindigkeit unter Berücksichtigung von Vorwärmtemperatur und Brennstoffzusammensetzung

In dieser Arbeit wurden umfangreiche Daten zur Vormischverbrennung bei Variation der Turbulenzstruktur des Strömungsfeldes, der Brennstoff-Luftvormischtemperatur und der Reaktionskinetik durch Mischung von Erdgas mit reaktiverem Wasserstoff erzeugt. Die Vormischflammen wurden an einem technisch relevanten Modellbrennersystem untersucht. Als charakteristische Größe für die Wechselwirkung zwischen Reaktionskinetik und Turbulenzparametern wurde die turbulente Brenngeschwindigkeit bestimmt

Nicht-invasive hämodynamische Optimierung von Patienten bei großen abdominellen Eingriffen: Eine mögliche Alternative?

Große chirurgische Eingriffe vor allem in Kombination mit Hochrisikopatienten bergen viele Risiken und können sogar tödlich enden. Ein Risiko ist die okkulte Hypoperfusion und Sauerstoffunterversorgung intraoperativ. Um diese kontrollieren zu können, müssen der Volumenstatus und die Herzfunktion überwacht werden. Invasive Verfahren, wie der Pulmonaliskatheter, sind intraoperativ und auf Intensivstationen bereits etabliert. Das Problem ist, dass diese ebenfalls Komplikationen mit sich bringen können und meist erst bei Komplikationen eingesetzt werden. Um präventiv agieren zu können wurden sogenannte Early Goal Directed Therapy Protokolle entwickelt, die auf verschiedenen hämodynamischen Parametern beruhen und eine Kombination aus Volumen- und Inotropikatherapie darstellen. Das Nexfin®-Monitoring stellt ein komplett nicht invasives System dar, mit dem der Herzindex und die Pulsdruckvariation auf Basis der Pulskonturanalyse kontinuierlich ermittelt werden. Ziel dieser Studie ist es, zu zeigen, dass eine Early Goal Directed Therapy mit Nexfin®-Monitoring nicht nur möglich ist, sondern ebenfalls den Patienten ein besseres Outcome ermöglicht. Hierfür werden zwei Patientengruppen, die großen, offen-chirurgischen Eingriffen unterzogen werden, bezüglich postoperativer Komplikationen und der Krankenhausaufenthaltsdauer verglichen. Es handelt sich hierbei lediglich um ASA II und ASA III Patienten. Die eine Patientengruppe wird durch eine Standardtherapie mit Standardmonitoring (Kontrollgruppe), die andere durch eine Early Goal Directed Therapy unter Nexfin®-Monitoring (Studiengruppe) behandelt. Insgesamt wurden 79 Patienten in eine Kontroll- (n=40) oder Studiengruppe (n=39) eingeteilt. In der Studiengruppe mit Early Goal Directed Therapy wurde solange Flüssigkeit substituiert, bis die Pulsdruckvariation ≤ 10% und ein Herzindex Anstieg ≥2.5 l/min erreicht wurden. Der Mittlere Arterielle Blutdruck wurde durch Gabe von Vasopressoren bei ≥ 65 mmHg gehalten, falls die PPV ≤ 10% betrug. Dobutamingabe erfolgte, sobald Pulsdruckvariation ≤ 10% und der Herzindex ≤ 2.5 l/min betrug. In der Kontrollgruppe wurden die Patienten lediglich nach dem intraoperativen Standardprotokoll behandelt. Postoperativ erfolgte die Überwachung der Patienten für weitere 3 Stunden im Aufwachraum. Die Auswertung ergab, dass eine nicht-invasiv gesteuerte hämodynamische Überwachung und Optimierung mittels Nexfin®-Technologie während großer abdomineller Operationen durchaus zuverlässig möglich ist. Allerdings konnte trotzdem der gewünschte postoperative Nutzen (weniger Komplikationen, kürzere Krankenhausaufenthaltsdauer) zwar nachgewiesen aber nicht statistisch signifikant belegt werden. Zudem konnte bestätigt werden, dass vor allem ASA III Patienten von einer Early Goal Directed Therapy profitieren, allerdings blieb auch dieses Ergebnis ohne statistische Signifikanz

Untersuchungen der rhythmischen Struktur von Sprache unter Alkoholeinfluss

This thesis is concerned with the rhythmical structure of speech under the influence of alcohol. All analyses presented are based on the Alcohol Language Corpus, which is a collection of speech uttered by 77 female and 85 male sober and intoxicated speakers. Experimental research was carried out to find robust, automatically extractable features of the speech signal that indicate speaker intoxication. These features included rhythm measures, which reflect the durational variability of vocalic and consonantal elements and are normally used to classify languages into different rhythm classes. The durational variability was found to be greater in the speech of intoxicated individuals than in the speech of sober individuals, which suggests, that speech of intoxicated speakers is more irregular than speech of sober speakers. Another set of features describes the dynamics of the short-time energy function of speech. Therefore different measures are derived from a sequence of energy minima and maxima. The results also reveal a greater irregularity in the speech of intoxicated individuals. A separate investigation about speaking rate included two different measures. One is based on the phonetic segmentation and is an estimate of the number of syllables per second. The other is the mean duration of the time intervals between successive maxima of the short-time energy function of speech. Both measures denote a decreased speaking rate in the speech of intoxicated speakers compared to speech uttered in sober condition. The results of a perception experiment show that a decrease in speaking rate also is an indicator for intoxication in the perception of speech. The last experiment investigates rhythmical features based on the fundamental frequency and energy contours of speech signals. Contours are compared directly with different distance measures (root mean square error, statistical correlation and the Euclidean distance in the spectral space of the contours). They are also compared by parameterization of the contours using Discrete Cosine Transform and the first and second moments of the lower DCT spectrum. A Principal Components Analysis on the contour data was also carried out to find fundamental contour forms regarding the speech of intoxicated and sober individuals. Concerning the distance measures, contours of speech signals uttered by intoxicated speakers differ significantly from contours of speech signals uttered in sober condition. Parameterization of the contours showed that fundamental frequency contours of speech signals uttered by intoxicated speakers consist of faster movements and energy contours of speech signals uttered by intoxicated speakers of slower movements than the respective contours of speech signals uttered in sober condition. Principal Components Analysis did not find any interpretable fundamental contour forms that could help distinguishing contours of speech signals of intoxicated speakers from those of speech uttered in sober condition. All analyses prove that the effects of alcoholic intoxication on different features of speech cannot be generalized but are to a great extent speaker-dependent

Entwicklung einer tropfenbasierten mikrofluidischen Plattform für das High-Throughput-Screening multizellulärer Systeme

Im Bereich der tropfenbasierten Mikrofluidik werden medizinische, biologische oder auch chemische Experimente in diskrete Reaktionsräume überführt. Diese als Tropfen bezeichneten Reaktionsräume besitzen als seriell angeordnete Mikroreaktoren ein hohes Anwendungspotenzial, sei es zur Optimierung von Screening-Prozessen für die Medikamentenentwicklung oder zur Manipulation von Zellen und 3D Zellstrukturen. Für solche Anwendungen bieten die derzeit existierenden Konzepte jedoch nicht die erforderliche Zuverlässigkeit und Praktikabilität. Vor allem die Aufrechterhaltung reproduzierbarer und stabiler Prozessbedingungen sind ausschlaggebende Faktoren als Voraussetzung für einen Durchbruch dieser Technologie am Markt. Insbesondere bei Anwendungen mit multizellulären Systemen wie nativen Gewebefragmenten oder in vitro kultivierten Sphäroiden sind besondere Voraussetzungen zu erfüllen. Beispielsweise ist die Verwendung oberflächenaktiver Substanzen (Tenside), die bei der Mehrzahl tropfenbasierter mikrofluidischer Applikationen zur Stabilisierung der Tropfen eingesetzt werden, nachteilig für Untersuchungen dieser Proben. Der Verzicht auf Tenside ist ein wichtiger Schritt in Richtung einer grundlegenden Akzeptanz tropfenbasierter Verfahren. Die in dieser Arbeit präsentierten Ergebnisse zeigen eine Alternative auf, bei der für das Handling und die Kultivierung multizellulärer Systeme auf die Verwendung von Tensiden verzichtet werden kann. Das im Rahmen der Forschungsarbeiten entwickelte technische System beruht auf neuartigen, mikrofluidischen Komponenten, die die hohen Ansprüche für das Handling multizellulärer Systeme erfüllen. Neben der Beschreibung der Systementwicklung steht die Charakterisierung der Einflussfaktoren auf die Tropfengenerierung im Mittelpunkt der Arbeit. Relevante Einflussgrößen wie die Kanalanordnung und deren Oberflächenbeschaffenheit sowie der Einfluss der Volumenströme und unterschiedlicher Probenmedien auf die Tropfengenerierung wurden untersucht. Die Arbeit beschreibt weiterhin die Entwicklung eines biomimetischen Ansatzes zur Steigerung der Stabilität der Tropfengenerierung durch die Verringerung des Adhäsionspotenzials wässriger Proben mit den Kanaloberflächen der Mikrosysteme. Damit ist die im Rahmen dieser Arbeit entwickelte mikrofluidische Plattform insbesondere für Anwendungen im Bereich der Biowissenschaften prädestiniert.In droplet-based microfluidics, medical, biological or chemical experiments take place in discrete reaction spaces named “droplets”. The droplet-based microfluidics offers a considerable potential for applications like optimization of screening processes for the development of drugs or for the manipulation of cells and 3D cell structures, respectively. However, for such applications the currently available concepts do not provide the necessary reliability and practicability. In particular, the maintenance of reproducible and stable process conditions are decisive factors for a breakthrough of this technology on the market. Applying multicellular systems like native tissue or spheroids cultivated in vitro, special requirements have to be fulfilled. For example, the use of surface-active substances (surfactants), which are applied for stabilizing the droplets in the majority of droplet-based microfluidics applications, is disadvantageous for investigations of cells and 3D cell structures in droplets. The abandonment of surface-active substances is an important step towards a fundamental acceptance of droplet-based microfluidic processes. The results presented in this work show an alternative to avoid the use of surface-active substances for the handling and cultivation of cells and 3D cell structures in droplets. The technical system developed as part of the research work is based on novel microfluidic components and meets the high demands on reproducibility and stability for handling cells and 3D cell structures. The results of the research work include the development of the entire droplet-based system as well as the investigations on the droplet generation process. This includes the investigation of basic parameters like surface properties of the microfluidic channels, the arrangement of the channels, the fluid flow conditions, and the kind of sample medium. Partial aspects of the extensive experiments that were performed to analyze the influence of the above mentioned parameters were also investigated by numerical simulations. In addition, the work describes the development of a biomimetic approach to increase the stability of droplet generation and to reduce the adhesion of aqueous droplets to the microchannel surfaces of the polymer chips. This approach succeeded even with samples containing anticoagulated whole blood. Concluding, the newly developed and characterized droplet-based microfluidic system points out a high application potential for the life sciences and especially for the field of individual medicine

Evaluation der Aussagekraft des Plethysmographie-Variabilitätsindex (PVI) während operativer Eingriffe bei Früh- und Neugeborenen

Ziel dieser Studie war es, zu evaluieren, ob der Plethysmographie-Variabilitätsindex (PVI) als nicht-invasiver Parameter geeignet ist, einen Volumenmangel während operativer Eingriffe bei Früh- und Neugeborenen vorauszusagen. Der PVI ist ein neuer Algorithmus, der die durch die maschinelle Beatmung während operativer Eingriffe verursachten Schwankungen der Pulsoxymetrie-Plethysmographiekurve automatisch und kontinuierlich berechnet. Diese Schwankungen sind umso ausgeprägter, je weniger Volumen im Herz-Kreislauf-System zur Verfügung steht. Die Studie sollte zeigen ob der PVI in der Lage ist, im Falle eines Abfalls des mittleren arteriellen Drucks (MAD), zwischen Volumen-Respondern und Non-Respondern zu unterscheiden. Als Responder auf Volumengaben wurden solche Patienten bezeichnet, die nach der Volumengabe mit einem Anstieg des MAD um ≥ 10 % reagierten. Die Studie umfasste insgesamt 60 Früh- und Neugeborene bei denen der PVI- sowie der MAD-Verlauf während eines operativen Eingriffs dokumentiert wurden. 15/60 Pa-tienten waren während des operativen Eingriffs kreislaufstabil und benötigten keine Volumengaben. Die 95. Perzentile aller hierbei gemessenen PVI-Werte wurde als Cutoff-Wert definiert. Dieser lag bei 16 %. Bei 45/60 Patienten wurden intraoperativ insgesamt 175 Volumengaben bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass im Falle eines „tatsächlichen“ Volumenmangels (MAD-Anstieg von ≥ 10 % nach Volumengabe) der PVI zunächst anstieg und erst nach Gabe von ausreichend Volumen wieder signifikant abfiel. Dagegen zeigte sich bei Volumengaben, nach denen es nicht zu einem adäquaten MAD-Anstieg kam, weder ein signifikanter PVI-Anstieg noch ein signifikanter PVI-Abfall nach Ende der Volumengabe. Die Studie konnte also zeigen, dass der PVI prinzipiell ein geeigneter Parameter ist, um nicht-invasiv einen Volumenmangel vorherzusagen und somit das Volumenmanagement zu optimieren. Allerdings bedarf es noch einiger technischer Verbesserungen und weiterer Studien, bevor das Verfahren eine klinische Anwendung finden kann

Solubilisierung lipophiler Substanzen durch Phospholipidvesikel

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Solubilisierung lipophiler aromatischer Substanzen durch Phosphatidylcholinvesikel. Mit spektroskopischen, kalorimetrischen und videomikroskopischen Methoden erfolgte eine umfassende Charakterisierung des Einflusses unpolarer Solubilisate auf die Eigenschaften unilamellarer Vesikel. Hierbei lag ein Schwerpunkt auf der Bestimmung der Biegesteifigkeit kc, einer wichtigen mechanischen Eigenschaft, die das Verhalten von Vesikeln in porösen Materialien und bei Annäherung an Grenzflächen maßgeblich beeinflussen kann. Die Verwendung der Video-Kontrastverstärkungs-Mikroskopie ermöglichte neuartige Einblicke in die Dynamik des Einbaus von Toluol in die Doppelschicht einzelner Vesikel. Ferner wurde die Interaktion schadstoffbeladener Vesikel in-vitro an CHO-Zellen untersucht. Bei der Erforschung möglicher Anwendungen vesikulärer Systeme gelang mittels templatgestützter Polymerisation die Erzeugung eines Polymernetzwerkes im lipophilen Membranbereich von Vesikeln sowie die Konstruktion morphologisch schaltbarer vesikulärer Systeme auf der Basis eines lipophilen Solubilisats

Die Bedeutung der Methämoglobinkonzentration als möglicher perioperativer Marker für Mikrozirkulationsstörungen, Ischämien und Anämien

Diese Arbeit hat sich zum Ziel gesetzt, die perioperative Methämoglobinkonzentration von Patienten, die sich großen abdominalchirurgischen Eingriffen unterzogen haben, auf eine Korrelation mit der substituierten Volumentherapie zu untersuchen. Ebenfalls wurde ein Vergleich dieser mit gängigen Parametern, die Mikrozirkulationsstörungen und Ischämien darstellen, durchgeführt. Als Methämoglobinmonitoring wurde dabei neben dem Standard via BGA auch ein modernes pulsoximetrisches kontinuierliches Messverfahren verwendet und diese miteinander verglichen

Dehnrheologie verdünnter, halbkonzentrierter und konzentrierter Polymerlösungen untersucht mit Capillary Breakup Extensional Rheometry (CaBER)

Ziel dieser Arbeit war es, die dehnrheologischen Eigenschaften von technisch relevanten, niederviskosen Polymerlösungen zu bestimmen. Die Messungen wurden am CaBER ? Gerät durchgeführt, das zu diesem Zweck um einen optischen Aufbau erweitert sowie um die Möglichkeit der Kraftmessung bei horizontaler Verstreckung ergänzt wurde. So war es möglich, an den untersuchten Systemen die absolute Dehnviskosität zu bestimmen und aus Referenzschermessungen das Trouton ? Verhältnis zu ermitteln

Verdampfung und Kondensation in Plattenwärmeübertragern mit mikrostrukturierter Oberfläche

Ziel der vorliegenden Arbeit ist die experimentelle Untersuchung des thermohydraulischen Verhaltens bei der Verdampfung und Kondensation in Plattenwärmeübertragern mit unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheit. Für die Analyse der Zusammenhänge von Wärmeübergang, Strömungseigenschaften und Oberfläche wurden zwei Versuchsstände betrieben. In einem optisch zugänglichem Versuchswärmeübertrager konnte die Verdampfung des Kältemittels R365mfc visualisiert werden. Anhand von Hochgeschwindigkeitsvideoaufnahmen wurden Keimstellen detektiert und die sich einstellenden Strömungsformen für unterschiedliche Testplatten erfasst. Die untersuchten Platten wiesen jeweils dieselbe makroskopische Winkelwellenstruktur auf, unterschieden sich jedoch in der Mikrostruktur. Neben einer herkömmlichen glatten Platte wurden eine Platte mit gewalzter Mikrostruktur sowie eine laserstrukturierte Platte untersucht. Für eine thermodynamische Bilanzierung wurden zudem die Zustände am Ein- und Austritt des Wärmeübertragers messtechnisch erfasst. Die Visualisierung zeigte eine deutliche Zunahme der Verdampfung für die strukturierten Platten. Im Vergleich zur glatten Platte setzte die Verdampfung bei beiden strukturierten Platten früher ein und die Keimstellendichte war höher. Die Platte mit gewalzter Struktur wies dabei für alle Betriebspunkte die stärkste Verdampfung und höchste Keimstellenzahl auf. Die Steigerung des Wärmeübergangs wurde auch von den gemessenen Zuständen bestätigt. Hier ergab sich eine Steigerung der Wärmestromdichte von bis zu 21%. Ein Unterschied zwischen den verschiedenen Arten der Strukturierung wurde dabei nicht festgestellt. In einem zweiten Versuchsstand wurden industrielle Plattenwärmeübertrager als Verdampfer und Kondensator in einem Kompressionskältekreislauf untersucht. Als Arbeitsfluid diente R134a; die Anlage wies eine maximale Leistung von 55 kWel /150 kWtherm auf. Beide Wärmeübertrager wurden in den Sekundärspalten entlang der Strömungsrichtung mit Temperatursensoren ausgestattet, sodass eine lokale Messung der Wand- und Fluidtemperatur im Spalt möglich war. Anhand dieser Messdaten konnte eine abschnittsweise Bilanzierung des Wärmeübertragers erfolgen und so die starke Abhängigkeit des Wärmeübergangs von den stetig variierenden Strömungsbedingungen während des Phasenwechsels analysiert werden. Für die Untersuchungen kamen verschweißte Titan-Plattenkassetten zum Einsatz, welche dieselbe Winkelwellenprägung wie die der Testplatten des Visualisierungsversuchsstands aufwiesen. Es wurden sowohl glatte Plattenkassetten als auch solche mit gewalzter Mikrostruktur untersucht. Der Betriebsbereich des Kondensators umfasste Massenstromdichten von 40 bis 74 kg/(m²s), Drücke zwischen 6,2 und 9,8 bar sowie Wärmestromdichten von 11 bis 21 kW/m². Die Verdampfung wurde für Massenstromdichten zwischen 40 und 120 kg/(m²s), Drücke von 1,6 bis 3,3 bar und Wärmestromdichten zwischen 10 bis 20 kW/m² untersucht. Im Falle des Kondensators zeigt der Vergleich des lokalen Wärmeübergangs bei glatter und strukturierter Plattenoberfläche keinen signifikanten Unterschied. Die über den Apparat integrierten Wärmeübergangskoeffizienten der strukturierten Platten liegen jedoch leicht oberhalb derer der glatten Platten. Beim Druckverlust ist ein moderater Anstieg beim Einsatz der strukturierten Platten zu beobachten. Bei der lokalen Betrachtung des Wärmeübergangs während der Verdampfung zeigte sich ein deutlicher Unterschied zwischen den verschiedenen Plattentypen. Über den gesamten Betriebsbereich konnten deutlich höhere Wärmeübergangskoeffizienten bei den strukturierten Platten festgestellt werden. Die mittlere Steigerung des Wärmeübergangskoeffizienten lag dabei im Bereich von 57 bis 71%. Ähnliche Ergebnisse zeigte die integrale Betrachtung. Beim Druckverlust ist z.T. ein leichter Anstieg für die mikrostrukturierten Platten zu erkennen. Neben den experimentellen Untersuchungen enthält diese Arbeit auch eine umfassende Darstellung bisheriger literaturbekannter Arbeiten zur Verdampfung und Kondensation in Plattenwärmeübertragern sowie zur Anwendungspotentialen von Mikrostrukturierungen bei diesen Vorgängen.The aim of this present analysis has been the experimental investigation of the thermohydraulic performance of plate evaporators and condensers with different surface configurations. Two test stands have been used in order to examine the correlations of heat transfer, flow properties and surface configuration. In an optically accessible test heat exchanger, the evaporation of the refrigerant R365mfc could be visualized. Highspeed videos were used to detect nucleation sites and the resulting flow patterns for different test plates. All investigated test plates had the similar macroscopic corrugation, wheares the microstructure topology was different for all plates. A conventional, smooth plate was compared to a plate with a press-rolled microstructure as well as a laser structured plate. Inlet and outlet conditions of the fluids in the test heat exchanger were measured to enable thermodynamic balancing. The visualization results showed a strong increase in evaporation for the structured plates. Compared tot he smooth plate, the evaporation started earlier and the nucleation site density was higher. The strongest evaporation and highest number of nucleation sites was observed for the plate with press-rolled microstructure over the whole experimental range. The measurement of the thermodynamic states showed an increase in heat flux of up to 21% for both types of microstructure. A second test stand served to investigate industrial plate heat exchangers used as evaporator and condenser in a compression refrigeration cycle with a maximum output of 55 kWel /150 kWtherm. R134a was used as working fluid. Both heat exchangers were equipped with thermocouples, along the direction of flow in the gap of the secondary fluid. In that way, a local fluid and wall temperature were measured along the gap. The measured local temperatures were used to conduct segment-wise calculation of the heat transfer, which enabled the investigation of the correlation of heat transfer and the variant occuring flow patterns during phase change. Titanium welded plate cassetes were used withing the plate heat exchangers. The corrugation parameters were the same as for the plates of the visualization test stands. The experiments were conducted with the smooth plates and the press-rolled microstructured plates. The operation range of the condenser comprised 40 - 74 kg/(m²s), 6,2 - 9,8 bar and 11 - 21 kW/m², in terms of mass flux, operating pressure and heat flux, respectively. The evaporator was investigated within the range mass fluxes of 40 - 120 kg/(m²s), pressures of 1,6 - 3,3 bar and heat fluxes of 10 - 20 kW/m². During condensation, no significant change in terms of local heat transfer was observed for the different surface structures. The integrated values of the heat transfer coefficient showed a slight increase for the structured plates. The two-phase pressure drop increased moderately for the structured plates, as well. During evaporation, the local heat transfer was considerably higher for the structured plate cassettes over the whole range of operation. The mean increase of the heat transfer coefficient layed between 57 and 71%. The values for the integrated heat transfer showed a similar behaviour. In terms of two-phase pressure drop, a slight increase for the microstructure plates was observed for some operating conditions. Additionally to the experimental analysis, a comprehensive literature assessment has been conducted, presenting previously published results for evaporation and condensation in plate heat exchangers as well as corresponding application potentials for microstructures