Anisotropic adaptive resolution of boundary layers for heat conduction problems

We deal with the numerical solution of heat conduction problems featuring steep gradients. In order to solve the associated partial differential equation a finite volume technique is used and unstructured grids are employed. A discrete maximum principle for triangulations of a Delaunay type is developed. To capture thin boundary layers incorporating steep gradients an anisotropic mesh adaptation technique is implemented. Computational tests are performed for an academic problem where the exact solution is known as well as for a real world problem of a computer simulation of the thermoregulation of premature infants.

Goal-oriented recovery bei nichtlinearen Scheibenproblemen

Es werden die Grundlagen und wichtigsten Konzepte für zielorientierte Fehlerschätzer bei linearen und nichtlinearen Problemen vorgestellt. Mit ihrer Hilfe lassen sich Aussagen über die Güte einzelner lokaler Werte treffen und es ist möglich, das Netz innerhalb von adaptiven Verfahren derart zu optimieren, dass die betrachtete lokale Größe möglichst genau berechnet werden kann.

Numerical Simulation of Flows at Low Mach Numbers with Heat Sources

This work is concerned with finite volume methods for flows at low mach numbers which are under buoyancy and heat sources. As a particular application, fires in car tunnels will be considered. To extend the scheme for compressible flow into the low Mach number regime, a preconditioning technique is used and a stability result on this is proven. The source terms for gravity and heat are incorporated using operator splitting and the resulting method is analyzed.

Customer Recovery Controlling

Die langfristige Sicherung bestehender (profitabler) Kundenbeziehungen erweist sich für Unternehmen zunehmend als eine wichtige und zugleich immer schwieriger zu bewältigende Herausforderung. Vor dem Hintergrund hoher Kosten für die Neukundengewinnung und sinkender Kundenloyalität auf gesättigten, wettbewerbsintensiven und transparenten Märkten – verbunden mit tendenziell steigenden Abwanderungsraten – rücken die Früherkennung und Prävention von Kundenabwanderungen sowie die Kundenrückgewinnung verstärkt in den Fokus. Der Aufwand für derartige Anstrengungen muss in einem sinnvollen Verhältnis zum Ertrag stehen. Letztlich wird also für den Komplex „Kundenabwanderung“ ein ergebnisgesteuertes Gesamtsystem der Früherkennung, Prävention und Rückgewinnung benötigt. An dieser Stelle setzt das Customer Recovery Controlling an. Auf Basis des kontributionsorientierten Controllingansatzes wird ein ganzheitliches Controllingsystem für das Customer Recovery Management entwickelt. Dabei werden die führungsunterstützenden Controllingprinzipien der Entscheidungsfundierung, -reflexion und Koordinationsentlastung einschließlich zentraler Controllinginstrumente in den Gesamtzusammenhang des Customer Recovery Managementprozesses gestellt. Es wird aufgezeigt, dass mit einem professionellen Customer Recovery Controlling große Nutzenpotenziale verbunden sind, die sich auf der Customer Recovery Managementebene (z.B. verbesserte Entscheidungsqualität, höhere Präventions- bzw. Rückgewinnungsraten) wie auch auf der Ebene der Gesamtunternehmung (z.B. Sicherung bzw. Erhöhung des Kundenstammwertes) auswirken. Die Erfolgsmodellierung zählt zu den wesentlichen Aufgaben des Controlling. Diesbezüglich bedarf es eines mehrdimensionalen Controllinginstruments, das neben Ergebnisindikatoren auch Leistungstreiber berücksichtigt: die Customer Recovery Scorecard. Ihre Perspektiven – Finanz-, Kunden-, Prozess-, Potenzial- und Wettbewerbsperspektive – sichern eine ganzheitliche Betrachtung der strategisch relevanten Erfolgsfaktoren und darüber hinaus gewährleisten die Kennzahlen eine systematische Planung, Steuerung und Kontrolle des Customer Recovery Management Erfolgs. Für die Erfolgsgrößen werden kausale Abhängigkeiten in Form von Ursache-Wirkungs-Beziehungen innerhalb und zwischen den Perspektiven erfasst (Strategy Maps), wodurch gewissermaßen eine Modellierung der Wertschöpfungskette im Customer Recovery Management erfolgt. Unsere durchgeführte Studie zum Status Quo des Customer Recovery Controlling in der deutschen (groß-)unternehmerischen Dienstleistungspraxis hat gezeigt, dass der präventive Umgang mit Kundenabwanderung zukünftig an Bedeutung gewinnen wird. Obwohl die Mehrheit der befragten Unternehmen über ein organisatorisch verankertes Controlling verfügt, sind bezüglich des allgemeinen Controllingentwicklungsstandes inkl. des Instrumenteneinsatzes Defizite zu konstatieren. In Bezug auf Letzteres hat sich herausgestellt, dass rein ökonomische Aspekte eine dominante Stellung einnehmen; Finanzkennzahlen werden gegenüber den Markt-, Prozess und Potenzialkennzahlen zum einen häufiger eingesetzt und zum anderen auch in ihrer Bedeutung höher eingeschätzt. Darüber hinaus ist der Einsatz von Kennzahlensystemen im Customer Recovery Management noch nicht weit verbreitet und auch hier ist ein finanzwirtschaftlicher Fokus festzustellen. Der Erfolg von Customer Recovery Maßnahmen wird zu einem großen Ausmaß durch die Nutzung des Synergiepotenzials von Customer Recovery Management (Führung vom Markt bzw. Kunden her) und Controlling (Führung vom Erfolg her) determiniert.

Urban Grass and Grass-Leaf Litter Mixtures as Source for Bioenergy Recovery

Städtische Biomassen der Grünflächen bilden eine potentielle, bisher weitgehend ungenutzte Ressource für Bioenergie. Kommunen pflegen die Grünflächen, lassen das Material aber verrotten oder führen es Deponien oder Müllverbrennungsanlagen zu. Diese Praxis ist kostenintensiv ohne für die Verwaltungen finanziellen Ausgleich bereitzustellen. Stattdessen könnte das Material energetisch verwertet werden. Zwei mögliche Techniken, um Bioenergie zu gewinnen, wurden mit krautigem Material des städtischen Straßenbegleitgrüns untersucht i) direkte anaerobe Fermentation (4 Schnitte im Jahr) und ii) „Integrierte Festbrennstoff- und Biogasproduktion aus Biomasse“ (IFBB), die Biomasse durch Maischen und mechanisches Entwässern in einen Presssaft und einen Presskuchen trennt (2 Schnitte im Jahr). Als Referenz wurde die aktuelle Pflege ohne Verwertungsoption mitgeführt (8faches Mulchen). Zusätzlich wurde die Eignung von Gras-Laub-Mischungen im IFBB-Verfahren untersucht. Der mittlere Biomasseertrag war 3.24, 3.33 und 5.68 t Trockenmasse ha-1 jeweils für die Pflegeintensitäten Mulchen, 4-Schnitt- und 2-Schnittnutzung. Obwohl die Faserkonzentration in der Biomasse der 2-Schnittnutzung höher war als im Material der 4-Schnittnutzung, unterschieden sich die Methanausbeuten nicht signifikant. Der Presskuchen aus dem krautigen Material des Straßenbegleitgrüns hatte einen Heizwert von 16 MJ kg-1 Trockenmasse, während der Heizwert des Presskuchens der Gras-Laub-Mischung in Abhängigkeit vom Aschegehalt zwischen 15 und 17 MJ kg-1 Trockenmasse lag. Der Aschegehalt der Mischungen war höher als der Grenzwert nach DIN EN 14961-6:2012 (für nicht-holzige Brennstoffe), was auf erhöhte Bodenanhaftung auf Grund der Erntemethoden zurückzuführen sein könnte. Der Aschegehalt des krautigen Materials vom Straßenrand hielt die Norm jedoch ein. Die Elementkonzentration (Ca, Cl, K, Mg, N, Na, P, S, Al, Cd, Cr, Cu, Mn, Pb, Si, Zn) im krautigen Material war generell ähnlich zu Landwirtschafts- oder Naturschutzgrünland. In den Mischungen nahm die Elementkonzentration (Al, Cl, K, N, Na, P, S, Si) mit zunehmendem Laubanteil ab. Die Konzentration von Ca, Mg und der Neutral-Detergenz-Fasern stieg hingegen an. Die IFBB-Technik reduzierte die Konzentrationen der in der Verbrennung besonders schädlichen Elemente Cl, K und N zuverlässig. Außer den potentiell hohen Aschegehalten, wurde während der Untersuchungen kein technischer Grund entdeckt, der einer energetischen Verwertung des getesteten urbanen Materials entgegenstehen würde. Ökonomische, soziale und ökologische Auswirkungen einer Umsetzung müssen beachtet werden. Eine oberflächliche Betrachtung auf Basis des bisherigen Wissens lässt hoffen, dass eine bioenergetische Verwertung städtischen Materials auf allen Ebenen nachhaltig sein könnte.

Heat stress response for physiological traits in dairy and dual purpose cattle populations on phenotypic and genetic scales

The main objective of this thesis was to determine the potential impact of heat stress (HS) on physiological traits of lactating cows and semen quality of bulls kept in a temperate climate. The thesis is comprised of three studies. An innovative statistical modeling aspect common to all three studies was the application of random regression methodology (RRM) to study the phenotypic and genetic trajectory of traits in dependency of a continuous temperature humidity index (THI). In the first study, semen quality and quantity traits of 562 Holstein sires kept on an AI station in northwestern Germany were analyzed in the course of THI calculated from data obtained from the nearest weather station. Heat stress was identified based on a decline in semen quality and quantity parameters. The identified general HS threshold (THI = 60) and the thermoneutal zone (THI in the range from 50 to 60) for semen production were lower than detected in studies conducted in tropical and subtropical climates. Even though adult bulls were characterized by higher semen productivity compared to younger bulls, they responded with a stronger semen production loss during harsh environments. Heritabilities (low to moderate range) and additive genetic variances of semen characteristics varied with different levels of THI. Also, based on genetic correlations genotype, by environment interactions were detected. Taken together, these findings suggest the application of specific selection strategies for specific climate conditions. In the second study, the effect of the continuous environmental descriptor THI as measured inside the barns on rectal temperatures (RT), skin temperatures (ST), vaginal temperatures (VT), respiration rates (RR), and pulse rate (PR) of lactating Holstein Friesian (HF) and dual-purpose German black pied cattle (DSN) was analyzed. Increasing HS from THI 65 (threshold) to THI 86 (maximal THI) resulted in an increase of RT by 0.6 °C (DSN) and 1 °C (HF), ST by 3.5 °C (HF) and 8 °C (DSN), VT by 0.3 °C (DSN), and RR by 47 breaths / minute (DSN), and decreased PR by 7 beats / minute (DSN). The undesired effects of rising THI on physiological traits were most pronounced for cows with high levels of milk yield and milk constituents, cows in early days in milk and later parities, and during summer seasons in the year 2014. In the third study of this dissertation, the genetic components of the cow’s physiological responses to HS were investigated. Heat stress was deduced from indoor THI measurements, and physiological traits were recorded on native DSN cows and their genetically upgraded crosses with Holstein Friesian sires in two experimental herds from pasture-based production systems reflecting a harsh environment of the northern part of Germany. Although heritabilities were in a low range (from 0.018 to 0.072), alterations of heritabilities, repeatabilities, and genetic components in the course of THI justify the implementation of genetic evaluations including heat stress components. However, low repeatabilities indicate the necessity of using repeated records for measuring physiological traits in German cattle. Moderate EBV correlations between different trait combinations indicate the potential of selection for one trait to simultaneously improve the other physiological attributes. In conclusion, bulls of AI centers and lactating cows suffer from HS during more extreme weather conditions also in the temperate climate of Northern Germany. Monitoring physiological traits during warm and humid conditions could provide precious information for detection of appropriate times for implementation of cooling systems and changes in feeding and management strategies. Subsequently, the inclusion of these physiological traits with THI specific breeding values into overall breeding goals could contribute to improving cattle adaptability by selecting the optimal animal for extreme hot and humid conditions. Furthermore, the recording of meteorological data in close distance to the cow and visualizing the surface body temperature by infrared thermography techniques might be helpful for recognizing heat tolerance and adaptability in cattle.