Ein miniaturisiertes Endoskop-Stereomesssystem zur Strömungsvisualisierung in Kiesbetten

Diese Arbeit stellt einen neuen Stereoaufbau zur Strömungsmessung in Kiesporen vor. Die eingesetzten Glasfaser-Endoskope sind direkt am Messvolumen positioniert und messen in einem bislang unzugänglichen Kiesbett. Die Verwendung eines Stereoaufbaus erlaubt die Rekonstruktion raum-zeitlicher Trajektorien, was die Bestimmung von Turbulenz ermöglicht. Durch Einbetten in eine künstliche Kiespore wird die Störung der Strömung bei der Messung gering gehalten. Es wird die Entwicklung, die Umsetzung und Erprobung des Messaufbaus beschrieben. Die dabei auftretenden Limitierungen der Signalstärke werden mit Methoden der digitalen Bildverarbeitung kompensiert. Der Einfluss der Glasfaserabbildung wird quantifiziert und behoben. Wie gezeigt wird, ist nach dieser Vorverarbeitung der Daten der Einsatz von Particle Tracking Velocimetry möglich. Außerdem wird ein neues Verfahren verwendet, das die geometrische Kalibrierung bei einem derart kleinen Messvolumen stark vereinfacht

Berufsbedingtes Asthma und Allergien im ländlichen Niedersachsen

Berufsbedingte Atemwegserkrankungen zählen zu den häufigsten Berufskrankheiten. Ziel dieser Querschnittsstudie war es, die Prävalenz berufsbedingter Atemwegserkrankungen- und Symptome bevölkerungsbezogen in einer ländlichen Umgebung zu unersuchen. Herangezogen wurden Daten aus Fragebögen, sowie klinischen Untersuchungen aus einer bevölkerungsbezogenen Stichprobe (N=3112, Alter 18-44). Die Berufsangaben wurden mit dem ISCO 88 codiert und in eine asthmaspezifische Job Exposure Matrix überführt. Untersucht wurden die Symptome und Erkrankungen allergischer Schnupfen, Asthmasymptome, Asthma und chronische Bronchitis. Innerhalb des untersuchten Kollektivs kamen berufliche Exposition gegenüber Latex (5,2%), hochreaktive Chemikalien (7,5%), landwirtschaftlichen Antigenen (7,7%) am häufigsten vor. Bereits bekannte Zusammenhänge zwischen Risikoberufen aus Studien mit städtischer Bevölkerung konnten in dieser Studie nicht bestätigt werden. Auffällig war der Zusammenhang mit beruflicher Tätigkeit in der Landwirtschaft, wobei auch die Dauer des landwirtschaftlichen Kontaktes eine Rolle spielte. So ergab sich ein geringeres Risiko für allergischen Schnupfen, atopisches Asthma und allergische Sensibilisierung insbesondere für Landwirte, die sowohl auf dem Hof arbeiten und wohnen. Von besonderer Bedeutung für eine Protektion gegenüber atopischen Erkrankungen war der Kontakt zur Landwirtschaft in der Kindheit. Demgegenüber zeigten die Prävalenzen für chronische Bronchitis und nichtatopische Asthma eine steigende Tendenz mit zunehmendem Kontakt zu landwirtschaftlichen Betrieben. So konnten bereits bekannte Ergebnisse über die Atemwegsgesundheit bei Landwirten verifiziert werden und Landwirte als Risikogruppe für chronisch-obstruktive Lungenerkrankungen herausgestellt werden

Gesundheitliche Risikoverhaltensweisen und gesundheitliche Kontrollüberzeugungen (HLC) in Ost- und Westdeutschland: eine Querschnittstudie von 1992

"Beeinflußt der Glaube an die Fähigkeit, das eigene gesundheitliche Schicksal zu bestimmen, unser gesundheitliches Verhalten? Und weiter, ist dieser Glaube und das damit verbundene Verhalten Produkt eines gesellschaftlich verankerten gesundheitlichen Lebensstils oder Ausdruck einer individuellen Lebensführung? Die vorliegende Arbeit analysiert gesundheitliche Einstellungen, Verhaltensweisen sowie Ressourcen und sucht nach Unterschieden zwischen Ost- und Westdeutschland anhand der Daten einer bevölkerungsbezogenen Querschnittsuntersuchung aus dem Jahre 1992. Während sich für den Nikotinkonsum nur die typischen Geschlechtsunterschiede zeigen, so läßt sich bei Alkohol und Sport darüber hinaus ein signifikanter Unterschied nach 0st und West nachweisen. Diese Unterschiede setzen sich bei den gesundheitsbezogenen Kontrollüberzeugungen (Health Locus of Control) fort: Entgegen der impliziten Hypothesen glauben Ostdeutsche ihre Gesundheit sowohl stärker durch sich selbst als auch stärker durch Ärzte kontrolliert als Westdeutsche. Führt man in einem weiteren Schritt die Health Locus of Control-Variablen als unabhängige Variablen in die Analyse ein, so zeigt sich lediglich ein signifikanter Einfluß auf Sport. Potente Erklärungsansätze für die weiterhin bestehenden Unterschiede sind: Die ehemalige DDR legte in einem bereits im Vorschulalter ansetzenden Erziehungsprogramm großen Wert auf gesundheitliche Eigenverantwortung. Weiterhin ist zu vermuten, daß neben einer rigiden Kontrolle auf dem Macro-Level gesellschaftlicher Rollenverpflichtungen auf der Ebene des Micro-Level, wo es um die Ausgestaltung individueller Belange wie z.B. Gesundheit ging, ein bestimmtes Maß an Freiheit bestand. Was das hohe Maß an Vertrauen in die Ärzteschaft angeht, so könnte es sein, daß in dem politisch rigide geführten System der DDR durchaus unbehelligte strukturelle Nischen existierten, die für die Bevölkerung unmittelbar wichtige und weitgehend nach außen abgeschlossene Bereiche des Vertrauens waren." (Autorenreferat

Kinetische Methoden zur numerischen Simulation von nichtlinearen Strömungen mit freien Oberflächen im Bau- und Umweltingenieurwesen

This thesis focuses on the numerical simulation of non-linear free surface flow problems. Different simulation kernels based on the Lattice Boltzmann method (LBM) have been developed or extended, implemented, and, after validation, applied to a number of applications in civil and environmental engineering. The LB model solves viscous and turbulent flows, essentially representing similar physics as Navier-Stokes or reduced shallow water models, but with specific solver advantages concerning data locality and parallel computing. The first part of this thesis deals with numerical simulations on high-performance GPU (graphics processing unit) hardware. Validations and applications of a reduced LB model for solving the shallow water equations are presented. The resulting GPU kernel has shown to be applicable to state-of-the-art benchmark problems, dealing with wave propagation and wave run-up. Subsequently, the GPU implementation of a 3D numerical wave tank for the simulation of various applications in civil engineering is presented. The second main target of this thesis is to develop and apply a novel model based on an enhanced representation and advection of the phase interface for the simulation of more complex and demanding free surface flow problems. A volume-of-fluid (VOF) approach in combination with a piecewise linear interface reconstruction (PLIC) has been coupled with the LBM. The resulting hybrid model has been successfully validated against various benchmark experiments. Even a breaking wave during shoaling on a slope, which is a demanding test case for VOF solvers, was successfully simulated. Apart from the model development and validation itself, a coupling to a rigid body engine for the simulation of FSI problems has been established. Finally, several techniques for the coupling to a potential flow solver are discussed and validated, in order to generate realistic wave profiles and for the efficient simulation of wave run-up and wave breaking.Die vorliegende Dissertation behandelt die numerische Simulation von nichtlinearen Strömungen mit freien Oberflächen. Dazu werden verschiedene Simulationskerne auf Basis der Gitter-Boltzmann-Methode (LBM) entwickelt, implementiert und nach ihrer Validierung auf zahlreiche Aufgabenstellungen im Bau- und Umweltingenieurwesen angewendet. Die LB-Methode wird verwendet, um viskose und turbulente Strömungen numerisch zu simulieren und bietet im Vergleich zu konventionellen Lösern deutliche Vorteile bezüglich Datenlokalität und parallelem Rechnen. Der erste Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Simulation von Strömungsproblemen auf High-Performance-GPU (Graphics Processing Unit) Hardware. Einleitend wird die Validierung und Anwendung eines LB-Modells für Flachwassergleichungen dargestellt. Im Anschluss wird eine GPU-Implementierung eines dreidimensionalen numerischen Wellenkanals für die Simulation turbulenter Wehrströmungen, Dammbruchszenarien, des Wellenschlages auf Pfahlbauwerke und anderer Anwendungen im Bauingenieurwesen präsentiert. Das zweite Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Anwendung eines neuartigen Modells für die Simulation von komplexeren Problemen mit freier Oberfläche unter Zuhilfenahme einer erweiterten Repräsentation der Phasengrenzfläche. Ein Volume-of-Fluid (VOF) Ansatz auf der Grundlage einer abschnittsweise linearen Interface-Rekonstruktion (PLIC) wird an die LBM gekoppelt. Das resultierende hybride Modell wird anhand verschiedener Benchmarks erfolgreich validiert. Im Anschluss wird eine Kopplung an einen Starrkörper-Löser realisiert, welche die Simulation von Problemstellungen aus dem Bereich der Fluid-Struktur-Interaktion ermöglicht. Abschließend werden Techniken zur Kopplung des hybriden Lösers an einen numerischen Wellenkanal auf Basis der Potentialströmungstheorie diskutiert und validiert, die die Erzeugung realistischer Wellenprofile und die effiziente Simulation von Wellenauflauf sowie Wellenbrechen ermöglichen

A combinational approach of multilocus sequence typing and other molecular typing methods in unravelling the epidemiology of Erysipelothrix rhusiopathiae strains from poultry and mammals

Erysipelothrix rhusiopathiae infections re-emerged as a matter of great concern particularly in the poultry industry. In contrast to porcine isolates, molecular epidemiological traits of avian E. rhusiopathiae isolates are less well known. Thus, we aimed to (i) develop a multilocus sequence typing (MLST) scheme for E. rhusiopathiae, (ii) study the congruence of strain grouping based on pulsed-field gel electrophoresis (PFGE) and MLST, (iii) determine the diversity of the dominant immunogenic protein SpaA, and (iv) examine the distribution of genes putatively linked with virulence among field isolates from poultry (120), swine (24) and other hosts (21), including humans (3). Using seven housekeeping genes for MLST analysis we determined 72 sequence types (STs) among 165 isolates. This indicated an overall high diversity, though 34.5% of all isolates belonged to a single predominant ST-complex, STC9, which grouped strains from birds and mammals, including humans, together. PFGE revealed 58 different clusters and congruence with the sequence-based MLST-method was not common. Based on polymorphisms in the N-terminal hyper-variable region of SpaA the isolates were classified into five groups, which followed the phylogenetic background of the strains. More than 90% of the isolates harboured all 16 putative virulence genes tested and only intI, encoding an internalin-like protein, showed infrequent distribution. MLST data determined E. rhusiopathiae as weakly clonal species with limited host specificity. A common evolutionary origin of isolates as well as shared SpaA variants and virulence genotypes obtained from avian and mammalian hosts indicates common reservoirs, pathogenic pathways and immunogenic properties of the pathogen

Hybrid Lattice-Boltzmann-Potential Flow Simulations of Turbulent Flow around Submerged Structures

We report on the development and validation of a 3D hybrid Lattice Boltzmann Model (LBM), with Large Eddy Simulation (LES), to simulate the interactions of incompressible turbulent flows with ocean structures. The LBM is based on a perturbation method, in which the velocity and pressure are expressed as the sum of an inviscid flow and a viscous perturbation. The far- to near-field flow is assumed to be inviscid and represented by potential flow theory, which can be efficiently modeled with a Boundary Element Method (BEM). The near-field perturbation flow around structures is modeled by the Navier–Stokes (NS) equations, based on a Lattice Boltzmann Method (LBM) with a Large Eddy Simulation (LES) of the turbulence. In the paper, we present the hybrid model formulation, in which a modified LBM collision operator is introduced to simulate the viscous perturbation flow, resulting in a novel perturbation LBM (pLBM) approach. The pLBM is then extended for the simulation of turbulence using the LES and a wall model to represent the viscous/turbulent sub-layer near solid boundaries. The hybrid model is first validated by simulating turbulent flows over a flat plate, for moderate to large Reynolds number values, Re ∈ [3.7×104;1.2×106]; the plate friction coefficient and near-field turbulence properties computed with the model are found to agree well with both experiments and direct NS simulations. We then simulate the flow past a NACA-0012 foil using a regular LBM-LES and the new hybrid pLBM-LES models with the wall model, for Re = 1.44 x 106. A good agreement is found for the computed lift and drag forces, and pressure distribution on the foil, with experiments and results of other numerical methods. Results obtained with the pLBM model are either nearly identical or slightly improved, relative to those of the standard LBM, but are obtained in a significantly smaller computational domain and hence at a much reduced computational cost, thus demonstrating the benefits of the new hybrid approach

A Real-Time Thermal Sensor System for Quantifying the Inhibitory Effect of Antimicrobial Peptides on Bacterial Adhesion and Biofilm Formation

The increasing rate of antimicrobial resistance (AMR) in pathogenic bacteria is a global threat to human and veterinary medicine. Beyond antibiotics, antimicrobial peptides (AMPs) might be an alternative to inhibit the growth of bacteria, including AMR pathogens, on different surfaces. Biofilm formation, which starts out as bacterial adhesion, poses additional challenges for antibiotics targeting bacterial cells. The objective of this study was to establish a real-time method for the monitoring of the inhibition of (a) bacterial adhesion to a defined substrate and (b) biofilm formation by AMPs using an innovative thermal sensor. We provide evidence that the thermal sensor enables continuous monitoring of the effect of two potent AMPs, protamine and OH-CATH-30, on surface colonization of bovine mastitis-associated Escherichia (E.) coli and Staphylococcus (S.) aureus. The bacteria were grown under static conditions on the surface of the sensor membrane, on which temperature oscillations generated by a heater structure were detected by an amorphous germanium thermistor. Bacterial adhesion, which was confirmed by white light interferometry, caused a detectable amplitude change and phase shift. To our knowledge, the thermal measurement system has never been used to assess the effect of AMPs on bacterial adhesion in real time before. The system could be used to screen and evaluate bacterial adhesion inhibition of both known and novel AMPs

Modeling flexibility in energy systems : comparison of power sector models based on simplified test cases

Model-based scenario analyses of future energy systems often come to deviating results and conclusions when different models are used. This may be caused by heterogeneous input data and by inherent differences in model formulations. The representation of technologies for the conversion, storage, use, and transport of energy is usually stylized in comprehensive system models in order to limit the size of the mathematical problem, and may substantially differ between models. This paper presents a systematic comparison of nine power sector models with sector coupling. We analyze the impact of differences in the representation of technologies, optimization approaches, and further model features on model outcomes. The comparison uses fully harmonized input data and highly simplified system configurations to isolate and quantify model-specific effects. We identify structural differences in terms of the optimization approach between the models. Furthermore, we find substantial differences in technology modeling primarily for battery electric vehicles, reservoir hydro power, power transmission, and demand response. These depend largely on the specific focus of the models. In model analyses where these technologies are a relevant factor, it is therefore important to be aware of potential effects of the chosen modeling approach. For the detailed analysis of the effect of individual differences in technology modeling and model features, the chosen approach of highly simplified test cases is suitable, as it allows to isolate the effects of model-specific differences on results. However, it strongly limits the model's degrees of freedom, which reduces its suitability for the evaluation of fundamentally different modeling approaches

Кризис экономики роста как системы: причины и следствия

Актуальность данной работы продиктована кризисным состоянием современной модели экономики. В основе этой модели лежат постулаты о необходимости постоянного роста экономики, который обеспечивается за счет конечного потребления. В обеспечение же реализации такой модели положены монетарные подходы и методы стимулирования потребительского спроса как основного драйвера экономического роста. Венцом данной модели стала долговая экономика потребления обществ индивидуалистов, не имеющих системы традиционных ценностей, а ориентирующихся на иллюзорные временные цели краткосрочного периода. Так, эгоцентрическая модель экономики заняла главенствующее положение по отношению к экологической модели экономики, обнажив массу системообразующих противоречий. Будущее оказалось под угрозой… Целью данной работы является анализ исходных причин этих противоречий, факторов возникновения кризисных явлений и угроз, с которыми столкнулось человечество на современном этапе развития, а также возможных альтернатив устранения этих противоречий и угроз. The relevance of this work is dictated by a critical state of the modern model of the economy. The basis of this model is construed by postulates about the need for sustained economic growth, which is provided by end-use. Monetary approaches and methods of consumer demand stimulation as a main incentive of economic growth guarantee the model implementation. On the top of this model there is a debt consumer economy of a society of individualists who do not have a system of traditional values, but instead have illusory short-term goals. Thus, an egocentric model of the economy has taken a dominant position in relation to an ecological economic model, revealing a lot of systemic contradictions. The future was under threat... The aim of this work is the analysis of the causes of these conflicts, the factors of crisis phenomena, the threats, which mankind faced at this stage of development, and the possible ways of elimination of the contradictions and threats as well. Methods: comparative analysis and synthesis of theoretical fundamental economic sources and assumptions, practical research and personal experience of various Russian and foreign scientists and business practitioners, the results, observations and conclusions arising from the personal experience of the author and his own theoretical research and inventions, and analysis of statistical data

Verbundvorhaben FlexMex: Modellexperiment zur zeitlich und räumlich hoch aufgelösten Untersuchung des zukünftigen Lastausgleichs im Stromsystem

Das Projekt FlexMex konzentrierte sich auf einen Modellvergleich zur Untersuchung der Nutzung von Flexibilitätsoptionen zum Ausgleich der Stromerzeugung aus variablen erneuerbaren Energien. Die zentrale Frage war, wie unterschiedliche Optimierungs- und Technologiemodellie-rungsansätze den Anlageneinsatz in stündlich aufgelösten Stromsektormodellen beeinflussen. Darüber hinaus wurde der Einfluss unterschied-licher Modellumfänge auf den Einsatz von Flexibilitätsoptionen untersucht. Um datenbedingte von modellbedingten Unterschieden in den Ergebnissen konsequent zu trennen, wurden die Eingangsdaten der neun beteiligten Modelle vollständig harmonisiert. Die Anwendung der Modelle wurde dann in zwei Hauptexperimente unterteilt. Im ersten Experiment wurden auf der Grundlage einer umfassenden qualitativen Analyse der Modelle und ihrer Unterschiede einzelne Flexibilitätsoptionen untersucht. Anhand stark reduzierter Testfälle konnten modellspe-zifische Effekte isoliert und quantifiziert werden. Ergänzende Analysen befassten sich mit dem modellendogenen Ausbau von Stromspeichern, Stromnetzen und regelbaren Kraftwerken. Aufbauend auf den technologiespezifischen Analysen wurden im zweiten Modellexperiment komplexere Szenarien betrachtet. Dort wurden sechzehn stilisierte Szenarien betrachtet, die sich in Versorgungsanteil erneuerbarer Ener-gien, Technologieumfang und Optimierungsumfang unterscheiden. Trotz der hohen Anzahl der Modelle und der interagierenden Modellun-terschiede können die Ergebnisabweichungen auf die Modelleigenschaften zurückgeführt werden. Das Experiment zeigt, dass Unterschiede im Modellierungsansatz und der Technologieabbildung zu vergleichsweise geringen Abweichungen führen, während ein heterogener Modell-umfang einen deutlich größeren Einfluss haben kann. Zusammenfassend können die Ergebnisse des FlexMex-Projekts ein besseres Verständ-nis für die Wirkung unterschiedlicher Modellierungsansätze liefern und damit zur Interpretation von Modellergebnissen beitragen