Die Dissertation zeigt wie scannende Langstrecken-LiDAR-Messungen zur Rekonstruktion der longitudinalen Windgeschwindigkeit von einzelnen Nachlaufwindfeldern von Windenergieanlagen genutzt werden können. Hierzu wird eine dynamische Filterung der LiDAR-Rohdaten entwickelt, die eine verbesserte Genauigkeit und eine höhere Datenverfügbarkeit erreicht. Strömungscharakteristiken werden mittels einer Windfeldpropagation auf einer Zeitskala, kleiner der Messauflösung, rekonstruiert. Dieses Up-Sampling reduziert gleichzeitig den Abbildungsfehler der ersten zwei zentralen Momente der Windgeschwindigkeit. Eine modellbasierte Rekonstruktion von 3D1C Nachlaufwindfeldern ermöglicht neuartige Betrachtungen der Nachlaufdynamik in horizontaler und vertikaler Richtung. In einem Beispieldatensatz aus einer Large-Eddy Simulation wird das Nachlaufwindfeld mit einer Abweichung der gemittelten Windgeschwindigkeit von 2,3 % und einer Abweichung der Standardabweichung von 0,18 % rekonstruiert.
The dissertation shows how scanning long-range LiDAR measurements can be used to reconstruct the longitudinal wind speed component of single wind turbines wake wind fields. For this purpose, a dynamic filtering method of LiDAR raw data is developed, which achieves improved accuracy and higher data availability against conventional filtering. Flow characteristics are reconstructed using a wind field propagation approach on a sub-measurement time scale. This up-sampling simultaneously reduces the mapping error of the first two central moments of the wind speed. The model-based reconstruction of 3D1C wake wind fields allows novel observations of the wake dynamics in the horizontal and vertical direction. In an example data set from a numerical LiDAR simulator and a large-eddy simulation, the wake wind field is reconstructed with a deviation of the average wind speed of 2.3 % and a deviation of the standard deviation of 0.18 %.
In der vorgestellten Synthesearbeit werden platinbasierte Nanopartikel durch Reduktion von Sn[N(SiMe3)2]2 in Gegenwart von Pt-Nanokeimen unterschiedlicher Größe synthetisiert. Dabei werden intermetallische und Sn-reiche PtSn-, PtSn2- und PtSn4-Nanopartikel hergestellt. Durch Variation der Pt-Keimgröße oder der Sn-Konzentration kann das Produkt gesteuert werden. Durch höhere Sn-Konzentrationen und lange Reaktionszeiten entstehen außerdem erste Hybridpartikel mit einem PtSn4-Kristallit, auf den ein Sn/SnOx-Kristall epitaktisch aufgewachsen ist. Durch Substitution des Sn[N(SiMe3)2]2 können außerdem PtIn2-, PtBi2- und Pt-Zn-Nanopartikel gebildet werden, während Pt-Fe-, Pt-Ni-, Pt-Co- und Pt-Ga-Nanopartikel nicht hergestellt werden können. Die Nanopartikel werden ausführlich charakterisiert. Transmissionselektronenmikroskopie-Aufnahmen geben erste Einblicke in die Morphologie der Partikel, Röntgendiffraktometriemessungen zeigen die Zusammensetzung der Kristallite, energiedispersive Röntgenspektroskopie und Totalreflexionsröntgenfluoreszenzspektroskopie dagegen die Zusammensetzung der einzelnen Partikel und der gesamten Proben. Röntgenphotoelektronenspektroskopieuntersuchungen werden für die Oberflächencharakterisierung herangezogen. Hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie und die Analyse der Fast Fourier-Transformation können die kristalline Umgebung offenbaren. Sie können außerdem eine Pt-reiche Zwischenschicht visualisieren, die mit der durch Röntgenphotoelektronenspektroskopie gemessenen Oberflächenoxidation das Bild einer Oxidhülle mit einer darunter liegenden, an Pt angereicherten Zwischenschicht ergibt.
This thesis demonstrates, that platinum-based nanoparticles can be synthesised by reducing Sn[N(SiMe3)2]2 in the presence of platinum seeds with different sizes. Intermetallic and tin-rich PtSn, PtSn2, and PtSn4 nanocrystals are produced and regulated by varying the Pt-seed size as well as the tin concentration. High Sn concentration and reaction times result in the emergence of hybrid nanoparticles with a PtSn4 crystal and an epitaxially grown Sn/SnOx crystal. Substitution of Sn[N(SiMe3)2]2 leads to the formation of PtIn2, PtBi2, and Pt-Zn nanoparticles whereas no Pt-Fe, Pt-Ni, Pt-Co, and Pt-Ga nanocrystallites can be produced. The nanoparticles are characterised by transmission electron microscopy for a first observation of their morphology. X-ray diffraction shows the composition of the nano-crystals, while energy-dispersive X-ray spectroscopy and total reflection X-ray fluorescence analysis reveal the composition of single particles or the whole sample, respectively. X-ray photoelectron spectroscopy measurements are applied for the characterisation of the surface. High-resolution transmission electron microscopy and Fast Fourier transformation studies reveal the crystalline surroundings and thus, a platinum-rich subsurface layer. In combination with the results from the X-ray photoelectron spectroscopy, this implies a nanoparticle with an oxide shell of a tin-rich component and a platinum-rich subsurface layer.
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.
