Das globale Klimasystem ist ein ausgesprochen komplexes und hochgradig nichtlineares System mit einer Vielzahl von Einflüssen und Interaktionen zwischen Variablen und Parametern. Komplementär zu der Beschreibung des Systems mit globalen Klimamodellen, kann Klima anhand der Interaktionsstruktur des Gesamtsystems durch Netzwerke beschrieben werden. Statt Details so genau wie möglich zu modellieren, werden hier Zeitreihendaten verwendet um zugrundeliegende Strukturen zu finden. Die Herausforderung liegt dann in der Interpretation dieser Strukturen. Um mich der Frage nach der Interpretation von Netzwerkmaßen zu nähern, suche ich nach einem allgemeinen Zusammenhang zwischen Eigenschaften der Netzwerktopologie und Eigenschaften des zugrundeliegenden physikalischen Systems. Dafür werden im Wesentlichen zwei Methoden entwickelt, die auf der Analyse von Temperaturentwicklungen gemäß der Advektions-Diffusions-Gleichung (ADE) basieren. Für die erste Methode wird die ADE mit offenen Randbedingungen und δ-peak Anfangsbedingungen gelöst. Die resultierenden lokalen Temperaturprofile werden verwendet um eine Korrelationsfunktion und damit ein Netzwerk zu definieren. Diese Netzwerke werden analysiert und mit Klimanetzen aus Daten verglichen. Die zweite Methode basiert auf der Diskretisierung der stochastischen ADE. Die resultierende lineare, stochastische Rekursionsgleichung wird verwendet um eine Korrelationsmatrix zu definieren, die nur von der Übergangsmatrix und der Varianz des stochastischen Störungsterms abhängt. Ich konstruiere gewichtete und ungewichtete Netzwerke für vier verschiedene Fälle und schlage Netzwerkmaße vor, die zwischen diesen Systemen zu unterscheiden helfen, wenn nur das Netzwerk und die Knotenpositionen gegeben sind. Die präsentierten Rekonstruktionsmethoden generieren Netzwerke, die konzeptionell und strukturell Klimanetzwerken ähneln und können somit als "proof of concept" der Methode der Klimanetzwerke, sowie als Interpretationshilfe betrachtet werden. / The earth’s climate is an extraordinarily complex, highly non-linear system with a multitude of influences and interactions between a very large number of variables and parameters. Complementary to the description of the system using global climate models, in recent years, a description based on the system’s interaction structure has been developed. Rather than modelling the system in as much detail as possible, here time series data is used to identify underlying large scale structures. The challenge then lies in the interpretation of these structures. In this thesis I approach the question of the interpretation of network measures from a general perspective, in order to derive a correspondence between properties of the network topology and properties of the underlying physical system. To this end I develop two methods of network construction from a velocity field, using the advection-diffusion-equation (ADE) for temperature-dissipation in the system. For the first method, the ADE is solved for δ-peak-shaped initial and open boundary conditions. The resulting local temperature profiles are used to define a correlation function and thereby a network. Those networks are analysed and compared to climate networks from data. Despite the simplicity of the model, it captures some of the most salient features of climate networks. The second network construction method relies on a discretisation of the ADE with a stochastic term. I construct weighted and unweighted networks for four different cases and suggest network measures, that can be used to distinguish between the different systems, based on the topology of the network and the node locations. The reconstruction methods presented in this thesis successfully model many features, found in climate networks from well-understood physical mechanisms. This can be regarded as a justification of the use of climate networks, as well as a tool for their interpretation.

Liquid film flow is an important flow type in many applications of process engineering. For supporting experiments, theoretical and numerical investigations are required. The present state of the art is to model the liquid film flow with Navier--Stokes-based methods, whereas the lattice Boltzmann method is employed here. The final model has been developed within this treatise by means of a two-phase flow and a heat transfer model, and boundary and initial conditions. All these sub-models have been applied to simple test cases. It could be found that the two-phase model is capable of solving flow phenomena with a large density ratio which has been shown impressively in conjunction with wall boundary conditions. The heat transfer model was tested against spectral method results with a transient non-uniform flow field. It was possible to find optimal parameters for computation. The final model has been applied to steady-state film flow, and showed very good agreement to OpenFOAM simulations. Tests with transient film flow demonstrated that the model is also able to predict these flow phenomena. / Flüssigkeitsfilmströmungen kommen in vielen verfahrenstechnischen Prozessen zum Einsatz. Zur Unterstützung von Experimenten sind theoretische und numerische Untersuchungen nötig. Stand der Technik ist es, Navier--Stokes-basierte Modelle zu verwenden, wohingegen hier die Lattice-Boltzmann-Methode verwendet wird. Das finale Modell wurde unter Verwendung eines Zweiphasen- und eines Wärmeübertragungsmodell entwickelt und geeignete Rand- und Anfangsbedingungen formuliert. Alle Untermodelle wurden anhand einfacher Testfälle überprüft. Es konnte herausgefunden werden, dass das Zweiphasenmodell Strömungen großer Dichteunterschiede rechnen kann, was eindrucksvoll im Zusammenhang mit Wandrandbedingungen gezeigt wurde. Das Wärmeübertragungsmodell wurde gegen eine Spektrallösung anhand eines transienten und nichtuniformen Strömungsproblemes getestet. Stationäre Filmströmungen zeigten sehr gute Übereinstimmungen mit OpenFOAM-Lösungen und instationäre Berechungen bewiesen, dass das Model auch solche Strömungen abbilden kann.

Liquid film flow is an important flow type in many applications of process engineering. For supporting experiments, theoretical and numerical investigations are required. The present state of the art is to model the liquid film flow with Navier--Stokes-based methods, whereas the lattice Boltzmann method is employed here. The final model has been developed within this treatise by means of a two-phase flow and a heat transfer model, and boundary and initial conditions. All these sub-models have been applied to simple test cases. It could be found that the two-phase model is capable of solving flow phenomena with a large density ratio which has been shown impressively in conjunction with wall boundary conditions. The heat transfer model was tested against spectral method results with a transient non-uniform flow field. It was possible to find optimal parameters for computation. The final model has been applied to steady-state film flow, and showed very good agreement to OpenFOAM simulations. Tests with transient film flow demonstrated that the model is also able to predict these flow phenomena. / Flüssigkeitsfilmströmungen kommen in vielen verfahrenstechnischen Prozessen zum Einsatz. Zur Unterstützung von Experimenten sind theoretische und numerische Untersuchungen nötig. Stand der Technik ist es, Navier--Stokes-basierte Modelle zu verwenden, wohingegen hier die Lattice-Boltzmann-Methode verwendet wird. Das finale Modell wurde unter Verwendung eines Zweiphasen- und eines Wärmeübertragungsmodell entwickelt und geeignete Rand- und Anfangsbedingungen formuliert. Alle Untermodelle wurden anhand einfacher Testfälle überprüft. Es konnte herausgefunden werden, dass das Zweiphasenmodell Strömungen großer Dichteunterschiede rechnen kann, was eindrucksvoll im Zusammenhang mit Wandrandbedingungen gezeigt wurde. Das Wärmeübertragungsmodell wurde gegen eine Spektrallösung anhand eines transienten und nichtuniformen Strömungsproblemes getestet. Stationäre Filmströmungen zeigten sehr gute Übereinstimmungen mit OpenFOAM-Lösungen und instationäre Berechungen bewiesen, dass das Model auch solche Strömungen abbilden kann.