In dieser Arbeit wird der Einfluss höherer Wind-Statistik auf die Last-Dynamik, speziell Ermüdungslasten, von Windrädern diskutiert. Nicht-Gauss-verteilte Windgeschwindigkeits-Inkremente, die mit der Intermittenz von Turbulenz in Zusammenhang stehen, sind dabei im Fokus. Im Rahmen dieser Arbeit werden synthetische Windfelder mit Gauss’scher und nicht-Gauss’scher Inkrement-Statistik auf Basis eines sog. Continuos-Time-Random-Walk Ansatzes erstellt. Die auf diese Weise generierten Windfelder werden in einer fachüblichen Windturbinen-Simulation prozessiert. Die resultierenden Systemantworten werden verglichen und hinsichtlich der Ermüdungslasten ausgewertet. Für extrem kohärente Windfelder kann auf diese Weise eine erhöhte Belastung von etwa 5-10% für ausgewählte Lastsensoren gezeigt werden. Des Weiteren wird die starke Abhängigkeit dieser Lasterhöhung von der Kohärenz des Windfeldes beleuchtet. Es kann gezeigt werden, dass der Intermittenz-Effekt mit der Kohärenz des Windes abnimmt.
In this work the impact of higher order statistics of wind on wind turbine loads, especially fatigue loads, is discussed. Non-Gaussian distributed wind velocity increments, which are related to the concept of turbulence intermittency, are the focal point of this thesis. Within this study, synthetic wind fields featuring Gaussian and non-Gaussian increment statistics are generated, utilizing a wind model based on Continuous-Time-Random-Walks. Subsequently, these fields are used as an input in a common wind turbine simulation. The resulting load responses are compared and analyzed with respect to the accumulated fatigue damage. In doing so, an increase in fatigue loading by approx. 5-10% for extreme coherent wind fields and selected load sensors is found. Additionally the dependency of this load enhancement on the coherence of the wind field is discussed. It is demonstrated that the intermittency effect decreases with the coherence.
In dieser Dissertation geht es um die Phototransduktionskaskade, das biochemische Reaktionsnetzwerk, welches in den Stäbchen in der Netzhaut die Umwandlung eines Lichtreizes in ein elektrisches Signal vollzieht. In der Arbeit wird diese Signalkaskade numerisch modelliert und es werden Simulationen unter verschiedenen Bedingungen durchgeführt: verschiedene Lichtreize, von sättigend bis hin zu einzelnen Photonen, und unterschiedliche genetische Knockouts der Proteine der Kaskade. Die Ergebnisse der Simulationen werden mit elektrophysiologischen Messungen verglichen. Ein besonderer Fokus liegt auf Antworten auf einzelne Photonen, die eine außergewöhnlich niedrige Variabilität haben. Für die Simulation dieser Lichtantworten wird ein stochastisches Modell entwickelt. Die Simulationen und die experimentellen Messungen werden statistisch ausgewertet und die Ergebnisse werden verglichen und interpretiert.
This dissertation examines the phototransduction cascade, a biochemical reaction network responsible for the translation of light stimuli into electrical signals in rod cells in the retina. In this thesis, this signaling cascade is modelled numerically and simulations are carried out for different conditions: various light stimuli, ranging from saturating to single photons, and genetic knockouts of different proteins of the signaling cascade. The simulation results are compared to electrophysiological measurements. Special emphasis is put on single photon responses, which exhibit a surprisingly low variability. A stochastic model is developed for the simulation of these responses. The simulations and experimental measurements are statistically analyzed, and the results are compared and interpreted.
Außerschulische Lernorte an der norddeutschen Küste möchten Phänomene wie Strömungen und Strukturbildungen in ihre Bildungsangebote integrieren. Sie benötigen dabei aber physikdidaktische Unterstützung, die hier durch das Modell der Didaktischen Rekonstruktion geleistet wird. Das Modell beinhaltet die folgenden drei Forschungsbereiche: a) Fachliche Klärung: Es werden Elementarisierungen in den Fachgebieten Thermodynamik und der Theorie komplexer Systeme vorgenommen, indem physikalische Grundideen herausgearbeitet und auf den Kontext Küste bezogen werden. b) Erfassung der Lernendenperspektiven: Mithilfe von zwei entwickelten Interviewreihen werden Vorstellungen interessierter Laien zur Entstehung von Strömungen und Strukturbildungen untersucht. c) Didaktische Strukturierung: Zuletzt werden die Ergebnisse der beiden vorigen Bereiche verglichen. Aus diesem Vergleich heraus werden Leitlinien für die Integration von Strömungen und Strukturbildungen in die Bildungsangebote formuliert.
Extracurricular learning venues on the north German coast wish to integrate phenomena such as currents and structure formations into their educational offerings. But they need support from physics education research, which is provided here by the Model of Educational Reconstruction. The model includes the following research fields: a) Clarification of science content: Elementarizations regarding thermodynamics and the theory of complex systems are carried out by elucidating basic scientific ideas and relating them to the context of the coast. b) Research on teaching and learning: With the help of two designed series of interviews, the conceptions of invited test persons on the emergence of currents and structure formations are examined. c) Design of teaching and learning environments: Finally, the results of the two previous fields are compared. Based on this comparison, guidelines for the integration of currents and structure formation into the educational offerings are formulated.
