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Dissertation
Zur Approximation der Gleichungen von Navier-Stokes
(2011-06-14)
In der vorliegenden Arbeit betrachten wir die Strömung einer zähen, inkompressiblen, instationären Flüssigkeit in einem dreidimensionalen beschränkten Gebiet, deren Verhalten wird mit den instationären Gleichungen von Navier-Stokes beschrieben. Diese Gleichungen gelten für viele wichtige Strömungsprobleme, beispielsweise für Luftströmungen weit unterhalb der Schallgeschwindigkeit, für Wasserströmungen, sowie für flüssige Metalle.
Im zweidimensionalen Fall konnten für die Navier-Stokes-Gleichungen bereits weitreichende ...
Dissertation
Time Discretization of the SST-generalized Navier-Stokes Equations: Positive and Negative Results
(2014-11-28)
In the theory of the Navier-Stokes equations, the proofs of some basic known results, like for example the uniqueness of solutions to the stationary Navier-Stokes equations under smallness assumptions on the data or the stability of certain time discretization schemes, actually only use a small range of properties and are therefore valid in a more general context. This observation leads us to introduce the concept of SST spaces, a generalization of the functional setting for the Navier-Stokes equations. It allows us ...
Dissertation
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Optimal control of a rate-independent system constrained to parameterized balanced viscosity solutions
(2022)
In this dissertation, we analyze an optimal control problem governed by a rate-independent system in an abstract infinite-dimensional setting. The rate-independent system is characterized by a nonconvex stored energy functional, which depends on time via a time-dependent external loading, and by a convex dissipation potential, which is assumed to be bounded and positively homogeneous of degree one.
The optimal control problem uses the external load as control variable and is constrained to normalized ...
Dissertation
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Development of a Preconditioning Scheme for Real Gases using Asymptotic Expansions
(2022)
Bei der Beschreibung von Strömungen wird klassischerweise zwischen inkompressiblen und kompressiblen Bereichen unterschieden. Während inkompressible Strömungen durch ein divergenzfreies Geschwindigkeitsfeld charakterisiert werden, sind kompressible Strömungsfelder durch Expansionsfächer, Kontaktunstetigkeiten und Stoßwellen gekennzeichnet. Die beiden Bereiche werden damit durch stark unterschiedliche Systeme partieller Differentialgleichungen beschrieben. Diese Unterscheidung zeigt sich auch in der numerischen ...
Dissertation
Positive und konservative Verfahren höherer Ordnung
(2010-03-17)
In der Anwendung treten häufig Differentialgleichungssysteme auf, deren Komponenten über das Lösen mit einer vorgegeben Genauigkeit hinaus Anforderungen an die, zur Näherung verwendeten, numerischen Verfahren stellen. Die Arbeit widmet sich hierbei den beiden Forderungen
1. Erhaltung der Positivität aller positiven Größen (z.B. Massen, Konzentrationen, Energie) und
2. Erhaltung der Masse in abgeschlossenen Systemen.
Ausgehend von einem komplexen ökologischen 2D Modell zur Beschreibung von Algendynamiken in flachen ...
Dissertation
Variationelle Zeitdiskretisierungen höherer Ordnung der Konvektions-Diffusions-Reaktions-Gleichungen in zeitabhängigen Gebieten
(2016-08-11)
Wir betrachten zeitabhängige Konvektions-Diffusions-Reaktions-Gleichungen in zeitabhängigen Gebieten, wobei die Bewegung des Gebietsrandes bekannt ist. Die zeitliche Entwicklung des Gebietes wird durch die ALE-Formulierung behandelt, die die Nachteile der klassischen Euler-und Lagrange-Betrachtungsweisen behebt. Die Position des Randes und seine Geschwindigkeit werden dabei so in das Gebietsinnere fortgesetzt, dass starke Gitterdeformationen verhindert werden. Als Zeitdiskretisierungen höherer Ordnung werden stetige ...
Dissertation
A High Order Finite Volume Scheme for the 2D Shallow Water Equations Including Topography
(2012-08-17)
Inhalt dieser Arbeit ist ein Verfahren zur numerischen Lösung der zweidimensionalen Flachwassergleichung, welche das Fließverhalten von Gewässern, deren Oberflächenausdehnung wesentlich größer als deren Tiefe ist, modelliert.
Diese Gleichung beschreibt die gravitationsbedingte zeitliche Änderung eines gegebenen Anfangszustandes bei Gewässern mit freier Oberfläche. Diese Klasse beinhaltet Probleme wie das Verhalten von Wellen an flachen Stränden oder die Bewegung einer Flutwelle in einem Fluss. Diese Beispiele zeigen ...
Dissertation
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Generalisierte Differenzenverfahren zur gitterfreien numerischen Lösung von Diffusionsgleichungen
(2024)
In der vorliegenden Arbeit wird ein gitterfreies numerisches Verfahren um die Möglichkeit erweitert, Phasenübergänge in einem ganzheitlichen Modell ohne Unterscheidung der einzelnen Phasen zu simulieren. Gitterfreie Verfahren basieren auf unstrukturierten Punktewolken, die mit der Strömungsgeschwindigkeit bewegt werden. Dieser sogenannte Lagrange-Ansatz transportiert alle physikalischen Größen und führt zu einer natürlichen Abbildung des zugrundeliegenden Strömungsgebietes durch die Punktewolke. Die verbleibenden ...
Aufsatz
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Mathematical Models in the Description of Pregnane X Receptor (PXR)-Regulated Cytochrome P450 Enzyme Induction
(2018-06-15)
The pregnane X receptor (PXR) is a drug/xenobiotic-activated transcription factor of crucial importance for major cytochrome P450 xenobiotic-metabolizing enzymes (CYP) expression and regulation in the liver and the intestine. One of the major target genes regulated by PXR is the cytochrome P450 enzyme (CYP3A4), which is the most important human drug-metabolizing enzyme. In addition, PXR is supposed to be involved both in basal and/or inducible expression of many other CYPs, such as CYP2B6, CYP2C8, 2C9 and 2C19, CYP3A5, ...
Aufsatz
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Numerical Solution of Viscoelastic Fluid-Structure-Diffusion Systems with Applications in Ophthalmology
(2019-09-04)
The research of fluid-structure interaction problems is a continuously growing field, especially regarding applications in medicine and biology. We present the coupling of a potentially viscoelastic fluid with multiple hyperelastic structures incorporating chemical processes in the arbitrary Lagrangian Eulerian framework. This monolithic formulation allows a robust numerical solution with Newton's method. The discretization is based on the backward Euler scheme for temporal discretization and the Galerkin finite ...