It is well-documented that leaders' conceptual complexity can affect their decision-making, but what about its broader effects on political violence? While Hermann & Sakiev (2011) and Conway & Conway (2011) have examined terrorists' conceptual complexity before attacks, this study generates a more extensive analysis by examining weapon types and target types. This research explored the connection between a terrorist leader's level of conceptual complexity and the violent attacks their organizations commit, arguing that complexity lowers before an attack and after the 9/11 terrorist attacks. It employed a content analysis of Osama bin Laden's rhetoric from 1999 to 2003 to discern levels of conceptual complexity. Out of more than 150 relevant pieces of rhetoric, 15 speeches, interviews, and statements were hand-coded, then compared to the total number, type, and magnitude of terrorist attacks committed during the correlating time frames using data from the Global Terrorism Database. Results show that bin Laden's conceptual complexity levels rose before an attack and more than doubled after 9/11. The potential impact of this research is notable. At a theoretical level, it supports previous findings on terrorist complexity while providing a new dimension of weapon type and target type. However, it would have an equally significant impact at the professional level by providing a method to implement specific security policies according to identify trends. Thus, giving counterterrorism professionals another potential tool to prevent harm.

Aircraft propulsion systems can be exposed to a variety of solid particulates while operating in either arid or other hazardous environments. For conventional takeoff and landing aircraft, debris can be ingested directly into the gas turbine powerplant which is exposed to the ambient environment. For helicopters and other vertical takeoff and landing (VTOL) aircraft, rotor down wash presents a particular threat during takeoff and landing operations as significant amounts of groundlevel particles can be entrained in the surrounding air and subsequently ingested into the engine. Prolonged exposure to particle ingestion events leads to premature engine wear and, in extreme cases, rapid engine failure. Expanding our current understanding of these events is the first step to enabling engine manufacturers to mitigate these damage mechanisms through novel engine designs. The work described in this dissertation is aimed at increasing the scientific understanding of these ingestion events through the development of two distinct diagnostic instruments. First, an anisokinetic particle sampling probe is designed to be used for in-situ particle sampling inside of a gas turbine engine compressor. Offtake of particles during engine operation in dusty conditions will provide researchers with an improved understanding of particle breakage tendency and component erosion susceptibility. Both experimental and numerical investigations of the probe present a comprehensive realization of probe performance characteristics. Secondly, a novel particle visualization technique is developed to provide users with particle distribution and particle mass flow estimates at the inlet of a gas turbine engine. This technique yields both time-resolved and time-averaged quantities, allowing users to have a comprehensive account of particles entering the engine. / Doctor of Philosophy / Foreign debris ingested into aircraft engines can cause serious damage and degrade their performance. The source of these ingested particles may be from atmospherically suspended ash due to volcanic eruption, high altitude ice crystals, or ground-level sand and dust. Both conventional takeoff and landing aircraft and vertical takeoff and landing (VTOL) aircraft are at risk. In extreme cases, exposure to a particle-laden atmosphere has resulted in catastrophic engine failure and loss of life. For this reason, researchers are intensely focused on mitigating the effects of these harmful particulates. The work described in this dissertation establishes two novel diagnostic capabilities. These are aimed at providing the research community with an increased understanding of how particles enter an aircraft powerplant as well as describe the behavior of these particles as they traverse the initial stages of an engine. The first instrument described is a particle sampling probe which is meant to be inserted into the compressor section of a gas turbine engine. This probe will offtake particles as they enter the engine after they have had an opportunity to interact with the rotating components of the compressor. In doing so, researchers gain an improved understanding of particle breakage tendency and component erosion susceptibility. The second instrument provides a snapshot of particle distribution at the inlet of the engine as well as estimates of total particle mass flow. This capability allows researchers to have a precise understanding of the quantity of ingested material as well as a qualitative understanding of how the inflow distribution of particles looks. Each of the developed tools represent a first step to enabling engine manufacturers to mitigate these damage mechanisms through novel engine designs.

Die Stadt Kamenz mit rund 15.500 Einwohnern kämpft – wie viele anderen Orte in Sachsen – angesichts der demografischen Entwicklung und der peripheren Supermärkte und Wohngebiete gegen eine zunehmende Verödung des historischen Zentrums. Die Öffentliche Bibliothek, die sich am Rand der Altstadt befindet, unterstützte kürzlich das Bemühen von Verwaltung und Gewerbeverein zur Belebung der Kamenzer Mitte mit einer Lese-Aktion.

Kolloidpartikel die von zwei nicht mischbaren Fluiden benetzt werden, tendieren dazu sich an der fluiden Grenzfläche aufzuhalten um die Oberflächenspannung zu minimieren. Bei genügender Anzahl solcher Kolloide werden diese zusammengedrückt und lassen die fluide Grenzfläche erstarren. Das gesamte System aus Fluiden und Kolloiden bildet dann eine spezielle Emulsion mit interessanten Eigenschaften. In dieser Arbeit wird ein kontinuum Model für solche Systeme entwickelt, basierend auf den Prinzipien der Massenerhaltung und der themodynamischen Konsistenz. Dabei wird die makroskopische Zwei-Phasen-Strömung durch eine Navier-Stokes Cahn-Hilliard Gleichung modelliert und die mikroskopischen Partikel an der fluiden Grenzfläche durch einen Phase-Field-Crystal Ansatz beschrieben. Zur Evaluation des verwendeten Strömungsmodells wird ein Test verschiedener Navier-Stokes Cahn-Hilliard Modelle anhand eines bekannten Benchmark Szenarios durchgeführt. Die Ergebnisse werden mit denen von anderen Methoden zur Simulation von Zwei-Phasen-Strömungen verglichen. Desweiteren wird eine neue Methode zur Simulation von Zwei-Phasen-Strömungen in komplexen Gebieten vorgestellt. Dabei wird die komplexe Geometrie implizit durch eine Phasenfeldvariable beschrieben, welche die charakteristische Funktion des Gebietes approximiert. Die Strömungsgleichungen werden dementsprechend so umformuliert, dass sie in einem größeren und einfacheren Gebiet gelten, wobei die Randbedingungen implizit durch zusätzliche Quellterme eingebracht werden. Zur Einarbeitung der Oberflächenkolloide in das Strömungsmodell wird schließlich die Variation der freien Energie des Gesamtsystems betrachtet. Dabei wird die Energie der Partikel durch die Phase-Field-Crystal Energie approximiert und die Energie der Oberfläche durch die Ginzburg-Landau Energie. Eine Variation der Gesamtenergie liefert dann die Phase-Field-Crystal Gleichung und die Navier-Stokes Cahn-Hilliard Gleichungen mit zusätzlichen elastischen Spannunngen. Zur Validierung des Ansatzes wird auch eine sharp interface Version der Gleichungen hergeleitet und mit der zuvor hergeleiteten diffuse interface Version abgeglichen. Die Diskretisierung der erhaltenen Gleichungen erfolgt durch Finiten Elemente in Kombination mit einem semi-impliziten Euler Verfahren. Durch numerische Simulationen wird die Anwendbarkeit des Modells gezeigt und bestätigt, dass die oberflächenaktiven Kolloide die fluide Grenzfläche hinreichend steif machen können um externen Kräften entgegenzuwirken und das gesamte System zu stabilisieren. / Colloid particles that are partially wetted by two immiscible fluids can become confined to fluidfluid interfaces. At sufficiently high volume fractions, the colloids may jam and the interface may crystallize. The fluids together with the interfacial colloids compose an emulsion with interesting new properties and offer an important route to new soft materials. Based on the principles of mass conservation and thermodynamic consistency, we develop a continuum model for such systems which combines a Cahn-Hilliard-Navier-Stokes model for the macroscopic two-phase fluid system with a surface Phase-Field-Crystal model for the microscopic colloidal particles along the interface. We begin with validating the used flow model by testing different diffuse interface models on a benchmark configuration for a two-dimensional rising bubble and compare the results with reference solutions obtained by other two-phase flow models. Furthermore, we present a new method for simulating two-phase flows in complex geometries, taking into account contact lines separating immiscible incompressible components. In this approach, the complex geometry is described implicitly by introducing a new phase-field variable, which is a smooth approximation of the characteristic function of the complex domain. The fluid and component concentration equations are reformulated and solved in larger regular domain with the boundary conditions being implicitly modeled using source terms. Finally, we derive the thermodynamically consistent diffuse interface model for two-phase flow with interfacial particles by taking into account the surface energy and the energy associated with surface colloids from the surface PFC model. The resulting governing equations are the phase field crystal equations and Navier-Stokes Cahn-Hilliard equations with an additional elastic stress. To validate our approach, we derive a sharp interface model and show agreement with the diffuse interface model. We demonstrate the feasibility of the model and present numerical simulations that confirm the ability of the colloids to make the interface sufficiently rigid to resist external forces and to stabilize interfaces for long times.

Droplet evaporation is ubiquitous to multitude of applications such as microfluidics, surface patterning and ink-jet printing. In many of the process like food processing tiny concentrations of suspended particles may alter the behavior of an evaporating droplet remarkably, leading to partially viscous and partially elastic dynamical characteristics. This, in turn, may lead to some striking mechanical instabilities, such as buckling and rupture. In this thesis, we provide a comprehensive physical description of the vaporization, self-assembly, agglomeration and buckling kinetics of sessile nanofluid droplet pinned on a hydrophobic substrate in various configurations. We have deciphered five distinct regimes of droplet lifecycle. Regime I-III consists of evaporation induced preferential agglomeration that leads to the formation of unique dome shaped inhomogeneous shell with stratified varying density liquid core. Regime IV involves capillary pressure initiated shell buckling and stress induced shell rupture. Regime V marks rupture induced cavity inception and growth. We provide a regime map explaining the droplet morphology and buckling characteristics for droplets evaporating on various substrates. Specifically, we find that final droplet volume and radius of curvature at buckling onset are universal functions of particle concentration. Furthermore, flow characteristics inside the heated and unheated droplets are investigated and found to be driven by the buoyancy effects. Velocity magnitudes are observed to increase by an order at higher temperatures with self-similar flow profiles. With an increase in the surface temperature, droplets exhibit buckling from multiple sites over a larger sector in the top half of the droplet. In addition, irrespective of the initial nanoparticle concentration and substrate temperature, hydrophobicity and roughness, growth of daughter cavity (subsequent to buckling) inside the droplet is found to be controlled by the solvent evaporation rate from the droplet periphery. The results are of great significance to a plethora of applications like DNA deposition and nanofabrication. In the next part of the thesis, we deploy the droplet in a rectangular channel. The rich physics governing the universality in the underlying dynamics remains grossly elusive. Here, we bring out hitherto unexplored universal features of the evaporation dynamics of a sessile droplet entrapped in a 3D confined fluidic environment. Increment in channel length delays the completion of the evaporation process and leads to unique spatio-temporal evaporation flux and internal flow. We show, through extensive set of experiments and theoretical formulations, that the evaporationtimescale for such a droplet can be represented by a unique function of the initial conditions. Moreover, using same theoretical considerations, we are able to trace and universally merge the volume evolution history of the droplets along with evaporation lifetimes, irrespective of the extent of confinement. These results are explained in the light of increase in vapor concentration inside the channel due to greater accumulation of water vapor on account of increased channel length. We have formulated a theoretical framework which introduces two key parameters namely an enhanced concentration of the vapor field in the vicinity of the confined droplet and a corresponding accumulation lengthscale over which the accumulated vapor relaxes to the ambient concentration. Lastly, we report the effect of confinement on particle agglomeration and buckling dynamics. Compared to unconfined scenario, we report non-intuitive suppression of rupturing beyond a critical confinement. We attribute this to confinement-induced dramatic alteration in the evaporating flux, leading to distinctive spatio-temporal characteristics of the internal flow leading to preferential particle transport and subsequent morphological transitions. We present a regime map quantifying buckling & non-buckling pathways. These results may turn out to be of profound importance towards achieving desired morphological features of a colloidal droplet, by aptly tuning the confinement space, initial particle concentration, as well as the initial droplet volume. These findings may have implications in designing functionalized droplet evaporation devices for emerging engineering and biomedical applications.

Die Stadt Kamenz mit rund 15.500 Einwohnern kämpft – wie viele anderen Orte in Sachsen – angesichts der demografischen Entwicklung und der peripheren Supermärkte und Wohngebiete gegen eine zunehmende Verödung des historischen Zentrums. Die Öffentliche Bibliothek, die sich am Rand der Altstadt befindet, unterstützte kürzlich das Bemühen von Verwaltung und Gewerbeverein zur Belebung der Kamenzer Mitte mit einer Lese-Aktion.

Neben der Verringerung von Verkehrsunfällen und Staus ist ein wichtiges Ziel der Verkehrspsychologie, die Luftverschmutzung durch den Verkehr zu reduzieren. Elektrofahrzeuge (BEVs) könnten die CO2-Emissionen deutlich reduzieren. Der weltweite BEV-Bestand nimmt zwar stetig zu, aber die Marktanteile in den meisten EU-Ländern lag 2016 dennoch nur bei rund 1% (International Energy Agency, 2016). Eine weitreichende Verbreitung von Elektrofahrzeugen birgt nicht nur Vorteile in sich, sondern kann auch zur Belastung der Stromnetze führen. ‚Intelligente Ladesysteme‘, die den Ladeprozess an die Netzbelastung und Nutzeranforderungen (z.B. Ladestand bei Abfahrtszeit) anpassen, gelten als vielversprechende Lösung. Vor dem Hintergrund der bisher geringen Verbreitung von Elektrofahrzeugen und der mit einem Erfolg der Elektromobilität steigenden Relevanz intelligenter Ladesysteme entsteht die Notwendigkeit psychologische Faktoren zu identifizieren, die die Evaluation und Akzeptanz von Komponenten des Elektromobilitätssystems beeinflussen. An dieser Stelle knüpft die vorliegende Dissertation an. Der (praktische) Erfahrungshorizont vieler Menschen in Bezug auf Elektrofahrzeuge und intelligente Ladesysteme ist sehr limitiert. Unerfahrene Nutzer solch neuer Systeme begegnen bisher unbekannten Herausforderungen in der Mensch-Maschine-Interaktion. Beispielsweise geht das elektrische Fahren, im Vergleich zum Fahren herkömmlicher Fahrzeuge, mit einer wesentlich niedrigeren Reichweite, einer geringeren Geräuschkulisse, neuen „Nachtankprozessen“ und Fahrfunktionen wie der Rekuperation (d.h. regeneratives Bremsen bei dem kinetische in elektrische Energie umgewandelt wird) einher. Dieses Thema wird ebenfalls in der vorliegenden Dissertation aufgegriffen. Das erste Forschungsziel fokussierte die allgemeine Bewertung und Akzeptanz von Elektrofahrzeugen sowie den Einfluss von praktischer Erfahrung. Im Rahmen einer Feldstudie mit zwei 6-monatigen Studienphasen (Artikel II), einer Onlinestudie (Studie I von Artikel III) sowie einer 24-Stunden Testfahrt (Studie II von Artikel III) wurde dieses Ziel untersucht. Für die verschiedenen Arten von Erfahrung (langzeitig mit gleichem Fahrzeug vs. unkontrolliert vs. kurzzeitig mit gleichem Fahrzeug) zeigten sich unterschiedliche Effekte auf die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen, die detailliert diskutiert werden. Die Berichte der Feldstudienteilnehmer (langzeitige Erfahrung) zu Vor- und Nachteilen von Elektrofahrzeugen zeigten, dass sich die Salienz bestimmter Vor- und Nachteile über die Nutzungszeit hinweg ändert. Vor allem die Vorteile, die beim Alltagstest direkt erlebt werden können (z.B. das angenehme Fahrgefühl, die geringe Geräuschkulisse), waren in ihrer Salienz gestiegen. Es gibt erlebbare Barrieren, wie die Ladedauer, die innerhalb der Feldstudie an Prägnanz verloren, aber auch andere, wie die Reichweite, die in ihrer Bedeutsamkeit konstant blieben. Die Vorher-Nachher-Studien (Artikel II & Studie II von Artikel III) zeigten, dass die Erwartungen der Tester an solch ein Fahrzeug im Alltagstest insgesamt erfüllt werden und die Einstellung gegenüber Elektrofahrzeugen positiv bleibt. Im Rahmen der 24-Stunden-Testfahrt (kurzzeitige Erfahrung) zeigte sich zudem ein Anstieg in der Zufriedenheit mit Elektrofahrzeugen. Dem gegenüber stehen die geringen Kaufabsichten der Befragten. Der Alltagstest mit einem Elektrofahrzeug, egal ob kurz- oder langzeitig, zeigte keine Effekte auf die Kaufintention. Allerdings wiesen die Ergebnisse der Onlinebefragung darauf hin, dass Personen, die bereits ein Elektrofahrzeug gefahren sind, gegenüber dem Kauf eines Elektrofahrzeugs nicht so stark abgeneigt sind wie Unerfahrene, aber dennoch keine klare Intention zeigen. Das zweite Forschungsziel bestand in der Untersuchung wie praktische Erfahrung mit dem Nutzerverhalten und der Evaluation bezüglich der Elektrofahrzeugcharakteristika zusammenspielt. Am Beispiel der Rekuperation wurde untersucht wie sich die Menschen im Rahmen einer 6-monatigen Feldstudie an solch eine Funktion gewöhnen, ihre Nutzung erlernen und ob sich dies in der Bewertung der Funktion widerspiegelt (Artikel I). Die Ergebnisse aus den Fahrzeugdaten weisen darauf hin, dass die Adaption an diese Funktion recht zügig abgeschlossen ist und dem Power Law of Practice (Newell & Rosenbloom, 1981) folgt. Die Rekuperationsfunktion wird durch die Nutzer positiv bewertet und die Zufriedenheit mit der Rekuperation steigt mit der Nutzungszeit. In zwei weiteren Studien wurde die Bewertung von Elektrofahrzeugcharakteristika zwischen Elektrofahrzeug-Erfahrenen und –Unerfahrenen verglichen. In der Onlinestudie (Studie I in Artikel III) mit dem unkontrollierten Erfahrungsfaktor zeigten sich kaum Unterschiede. Lediglich ‚Reichweite und Laden‘ bewerteten die Erfahrenen positiver. Kontrollierte, kurzfristige Erfahrung (Studie II in Artikel III) führte zu einer positiveren Bewertung von Beschleunigung und Fahrspaß, Geräuschlosigkeit, Sicherheit und Reliabilität, Umweltfreundlichkeit sowie des Rufs von Elektrofahrzeugen. Die Bewertung von Reichweite und Laden blieb unverändert. Das dritte, übergeordnete Ziel dieser Dissertation bestand darin, akzeptanzbeeinflussende Faktoren zu identifizieren, die als Ansatzpunkte für zukünftige Weiterentwicklungen und Strategien zur Erhöhung der Akzeptanz genutzt werden können. Dazu wurde das Potential der Bewertung verschiedener Elektrofahrzeugattribute, der Faktoren der Theorie des geplanten Verhaltens (Ajzen, 1991) sowie der Erfahrung mit Elektrofahrzeugen zur Vorhersage der Akzeptanz im Rahmen der beiden Studien in Artikel III untersucht. Der soziale Faktor (subjektive Norm) und die Bewertung von ‚Reichweite und Laden‘ wirkten sich am stärksten auf die Vorhersage von Einstellungs- und Verhaltensakzeptanz aus. In der Onlinestudie mit between-subjekt Design, zeigte sich zudem ein starker Erfahrungseffekt auf die Kaufabsicht. Zudem erwies sich auch der Faktor ‚Beschleunigung und Fahrspaß‘ als relevante Größe für die Akzeptanz. Vor dem Hintergrund der aktuellen Entwicklungen, im Detail den sinkenden Batteriekosten und damit günstiger werdenden Reichweiteressourcen, eröffnen die Ergebnisse Ansatzpunkte, um die Akzeptanz zu steigern. Die Bewertung der Performanz und das angenehme Fahrgefühl beim elektrischen Fragen weisen einen nicht zu vernachlässigbaren Einfluss auf die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen auf und konnten durch ein kurzzeitiges Erfahrungserlebnis positiv beeinflusst werden. Das letzte Forschungsziel dieser Dissertation fokussierte das intelligente Laden. Die Ergebnisse der 5-monatigen Feldstudie (Artikel IV) zeigten, dass ein intelligentes Ladesystem (mit aktiver Nutzerbeteiligung) nutzbar und akzeptabel ist. Allerdings zeigten die Ergebnisse auch, dass eine positive Kosten-Nutzen-Bilanz für die Nutzer von hoher Relevanz ist. Der zusätzliche Aufwand beim Laden erwies sich als signifikant höher und die finanziellen Anreize durch die Nutzung des Systems als niedriger als erwartet. Zudem fühlten sich die Nutzer durch das System zusätzlich in ihrer Mobilität eingeschränkt. Demnach sollten zukünftige, intelligente Ladesysteme sorgfältig gestaltet werden, so dass der Aufwand und die Reduzierung von Flexibilität und Mobilität nicht so hoch sind, dass die Barriere "Reichweite und Laden" für die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen erhöht wird. Basierend auf den Ergebnissen wurden verschiedene Implikationen abgeleitet. Die Weiterentwicklung des Elektromobilitätssystems sollte sich darauf konzentrieren, die Barrieren bezüglich Reichweite und Laden zu reduzieren sowie die positiven Aspekte des elektrischen Fahrens zu vermitteln. Zudem sollten zukünftige Akzeptanzmodelle, vor allem für bisher eher unbekannte Objekte oder Technologien, einen Erfahrungsfaktor und die Bewertung verschiedener, objekt-/technologie-spezifischer Attribute enthalten, da dadurch wichtige Aspekte zur Verbesserung des Forschungsobjektes identifiziert werden können. Die Ergebnisse zeigten außerdem, dass der soziale Einfluss in zukünftigen Strategien zur Akzeptanzförderung von Elektrofahrzeugen adressiert werden sollte und eine Testfahrt mit einem Elektrofahrzeug, das dem aktuellen Entwicklungsstand entspricht, ein strategisches Werkzeug zur Akzeptanzsteigerung darstellt.:Acknowledgments i Zusammenfassung iii Table of Contents vii Synopsis 1 1 Overview of the Dissertation 1 2 Introduction 2 3 Three Pillars of Acceptance within the Context of the Electric Mobility System 4 3.1 Definition and Assessment Structure of Acceptance 4 3.2 Drivers and Barriers for Acceptance 5 4 The Importance of Experiencing Electric Mobility Systems Components 10 4.1 Really-new Products and the Problem of Uncertainty 10 4.2 Real-life Experience as Source of Information and Potential Driver of Acceptance 12 4.3 BEV Evaluation and the Role of Real-Life Experience 14 4.4 Integrating Experience as an Influencing Factor into the Theoretical Framework of BEV Acceptance 17 4.5 Evaluation of Smart Charging Systems (with High User Involvement) and the Role of System Experience 19 5 Summary and Research Questions 20 5.1 Research Objective 1: General Evaluation of BEVs and the Relevance of Real-Life Experience 21 5.2 Research Objective 2: BEV Attributes and the Relevance of Real-Life Experience 21 5.3 Research Objective 3: Predicting BEV Acceptance with Various Psychological Variables, the Evaluation of BEV Attributes and BEV Experience 22 5.4 Research Objective 4: Evaluation of a Smart Charging System Prototype and the Role of Real-Life Experience 23 6 Overview of the Methodology 24 6.1 MINI E field study 24 6.2 Online Survey 26 6.3 24-hour Test Trial 26 6.4 Smart Charging Field Study 27 7 Discussion and Critical Reflection of Results 28 7.1 Research Objective 1: General Evaluation of BEVs and the Relevance of Real-Life Experience 29 7.2 Research Objective 2: BEV Attributes and the Relevance of Real-Life Experience 34 7.3 Research Objective 3: Predicting BEV Acceptance with Various Psychological Variables, the Evaluation of BEV Attributes and BEV Experience 40 7.4 Research Objective 4: Evaluation of a Smart Charging System Prototype and the Role of Experience 44 8 Implications and Conclusion 46 8.1 Practical Implications for Acceptance of Electric Mobility System Components 46 8.2 Theoretical and Methodological Implications for Acceptance Research 49 8.3 Conclusion 51 References 53 Paper I 65 Paper II 91 Paper III 129 Paper IV 179 Curriculum Vitae 213 Publications 216 Eidesstattliche Erklärung 221

Kolloidpartikel die von zwei nicht mischbaren Fluiden benetzt werden, tendieren dazu sich an der fluiden Grenzfläche aufzuhalten um die Oberflächenspannung zu minimieren. Bei genügender Anzahl solcher Kolloide werden diese zusammengedrückt und lassen die fluide Grenzfläche erstarren. Das gesamte System aus Fluiden und Kolloiden bildet dann eine spezielle Emulsion mit interessanten Eigenschaften. In dieser Arbeit wird ein kontinuum Model für solche Systeme entwickelt, basierend auf den Prinzipien der Massenerhaltung und der themodynamischen Konsistenz. Dabei wird die makroskopische Zwei-Phasen-Strömung durch eine Navier-Stokes Cahn-Hilliard Gleichung modelliert und die mikroskopischen Partikel an der fluiden Grenzfläche durch einen Phase-Field-Crystal Ansatz beschrieben. Zur Evaluation des verwendeten Strömungsmodells wird ein Test verschiedener Navier-Stokes Cahn-Hilliard Modelle anhand eines bekannten Benchmark Szenarios durchgeführt. Die Ergebnisse werden mit denen von anderen Methoden zur Simulation von Zwei-Phasen-Strömungen verglichen. Desweiteren wird eine neue Methode zur Simulation von Zwei-Phasen-Strömungen in komplexen Gebieten vorgestellt. Dabei wird die komplexe Geometrie implizit durch eine Phasenfeldvariable beschrieben, welche die charakteristische Funktion des Gebietes approximiert. Die Strömungsgleichungen werden dementsprechend so umformuliert, dass sie in einem größeren und einfacheren Gebiet gelten, wobei die Randbedingungen implizit durch zusätzliche Quellterme eingebracht werden. Zur Einarbeitung der Oberflächenkolloide in das Strömungsmodell wird schließlich die Variation der freien Energie des Gesamtsystems betrachtet. Dabei wird die Energie der Partikel durch die Phase-Field-Crystal Energie approximiert und die Energie der Oberfläche durch die Ginzburg-Landau Energie. Eine Variation der Gesamtenergie liefert dann die Phase-Field-Crystal Gleichung und die Navier-Stokes Cahn-Hilliard Gleichungen mit zusätzlichen elastischen Spannunngen. Zur Validierung des Ansatzes wird auch eine sharp interface Version der Gleichungen hergeleitet und mit der zuvor hergeleiteten diffuse interface Version abgeglichen. Die Diskretisierung der erhaltenen Gleichungen erfolgt durch Finiten Elemente in Kombination mit einem semi-impliziten Euler Verfahren. Durch numerische Simulationen wird die Anwendbarkeit des Modells gezeigt und bestätigt, dass die oberflächenaktiven Kolloide die fluide Grenzfläche hinreichend steif machen können um externen Kräften entgegenzuwirken und das gesamte System zu stabilisieren. / Colloid particles that are partially wetted by two immiscible fluids can become confined to fluidfluid interfaces. At sufficiently high volume fractions, the colloids may jam and the interface may crystallize. The fluids together with the interfacial colloids compose an emulsion with interesting new properties and offer an important route to new soft materials. Based on the principles of mass conservation and thermodynamic consistency, we develop a continuum model for such systems which combines a Cahn-Hilliard-Navier-Stokes model for the macroscopic two-phase fluid system with a surface Phase-Field-Crystal model for the microscopic colloidal particles along the interface. We begin with validating the used flow model by testing different diffuse interface models on a benchmark configuration for a two-dimensional rising bubble and compare the results with reference solutions obtained by other two-phase flow models. Furthermore, we present a new method for simulating two-phase flows in complex geometries, taking into account contact lines separating immiscible incompressible components. In this approach, the complex geometry is described implicitly by introducing a new phase-field variable, which is a smooth approximation of the characteristic function of the complex domain. The fluid and component concentration equations are reformulated and solved in larger regular domain with the boundary conditions being implicitly modeled using source terms. Finally, we derive the thermodynamically consistent diffuse interface model for two-phase flow with interfacial particles by taking into account the surface energy and the energy associated with surface colloids from the surface PFC model. The resulting governing equations are the phase field crystal equations and Navier-Stokes Cahn-Hilliard equations with an additional elastic stress. To validate our approach, we derive a sharp interface model and show agreement with the diffuse interface model. We demonstrate the feasibility of the model and present numerical simulations that confirm the ability of the colloids to make the interface sufficiently rigid to resist external forces and to stabilize interfaces for long times.

The pollution of the oceans through plastics has received global wide media coverageover the last years. Also, micro-plastics in ground water and even in fish had beendetected, which leads to increased awareness of waste-reduction. Since the beginning ofthis decade, more bulk food stores open in Germany’s cities and provide an alternative toconventional, packaged products.Plastics and so-called micro-plastics have been found in the bodies of seabirds and in fish.There is an imminent danger of plastics ending up in the human bodies while it travels upthe food chain.In order to reduce their impact on the environment, an increasing number of customersengages in the zero-waste movement. To reduce single-use plastics, customers can shoptheir groceries in bulk-food stores, which allow shopping loose goods from largecontainers in contrast to individually packed items in regular supermarkets. Customerscan bring their own reusable packaging to buy mostly dry foods such as vegetables, pasta,nuts, grains but also some liquids such as oil, honey etc. The stores often also include anon-food section where additional consumable products can be bought.The paper identified a research gap in regards the store concept of bulk-stores which isan emerging trend in Germany since 2014.This thesis analyzes the motivators of bulk-food store shoppers in Germany based on anadapted version of the Theory of Planned Behavior by Izek Ajzen. The frameworkthereby builds upon research conducted by Maloney et al. (2014) who tested motivatorsof organic clothing customers.The research identified a significant positive influence of the Personal Norm and asignificant negative correlation between Perceived Expensiveness on the PurchaseIntention of the customers.The main barriers for bulk food shoppers were identified as the distance to the next store,the product portfolio and perceived high prices. Other issues have been discovered butwere – in comparison –only of secondary relevance.The paper contributes to closing the gap in literature between bulk foods and othersustainability-related topics, such as organic products and their production. Furthermore,it provides a foundation for future research on the topic.

Particle laden turbulent flows find applications in many industrial processes such as energy conversion, air pollution control etc. In these types of flows, there are strong coupling between the turbulent fluctuations in the fluid velocity fields, and the fluctuating velocities of the particles. In order to analyze the stresses and the heat and mass transfer properties in turbulent suspensions, it is necessary to have a good understanding of not just the mean flow of the gas and particles, but also of the fluctuations in the two phases. The coupling is a two-way coupling; the fluid turbulence contributes to the velocity fluctuations in the particles, and conversely, the particle velocity fluctuations generate fluctuations in the fluid. Two-phase flow models capture these interactions only in an indirect way, usually through a ‘particle pressure’ term for the particle phase. In the present work the effect of fluid velocity fluctuations on the dynamics of the particles in a turbulent gas-solid suspension is analyzed in the low Reynolds number and high Stokes number limit, where the particle relaxation time is long compared to the correlation time for the fluid velocity fluctuations. The direct numerical simulation (DNS) is used for solving the Navier-Stokes equations for the fluid, the particles are modeled as hard spheres which undergo elastic collisions. A one-way coupling algorithm is used where the force exerted by the fluid on the particles is incorporated, but not the reverse force exerted by the particles on the fluid. This is because the main focus of our study is to examine the effect of the fluid turbulence on the particle fluctuations, and we are interested in examining whether a Langevin model with random forcing can accurately capture the effect of fluid turbulence on the particle phase. First, the turbulent flow in a plane Couette is analyzed. Though this is a model flow which is not encountered often in applications, it is easier to analyze because the turbulent velocity fluctuations are maximum at the center of the channel, in contrast to the Poiseuille flow, where the velocity fluctuations are maximum at a location between the center and the wall. Also, in a Couette flow, the wall-normal and the spanwise root mean square velocities are nearly a constant in the central region in the channel, and the percentage variation in the stream-wise velocity fluctuations is also less than that in a pressure driven Poiseuille flow. Therefore, it is possible to treat the central region as a region with homogeneous, but anisotropic, fluid velocity fluctuations and with a linear mean velocity variation. The particle mean and root mean square fluctuating velocities, as well as the probability distribution function for the fluid velocity fluctuations and the distribution of acceleration of the particles in the central region of the Couette, which comprises about 20% of the entire channel have been studied. It is found that the distribution of particle velocities is very different from a Gaussian, especially in the span-wise and wall-normal directions. However, the distribution of the acceleration fluctuation on the particles is found to be close to a Gaussian, though the distribution is highly anisotropic and there is a correlation between the fluctuations in the flow and gradient directions. The non-Gaussian nature of the fluid velocity fluctuations is found to be due to inter-particle collisions induced by the large particle velocity fluctuations in the flow direction. Another interesting result is a comparison of the distribution of the acceleration on a particle due to the fluid velocity fluctuation at the particle position, and the distribution of the ratio of fluid velocity fluctuation to the viscous relaxation time in the fluid. The comparison shows that these two distributions are almost identical, indicating that the fluid velocity fluctuations are not correlated over time scales comparable to the relaxation time of a particle. This result is important because it indicates that in order to model the fluctuating force on the particle, it is sufficient to obtain the variance of the force distribution from the variance of the fluid velocity distribution function. Finally, the correlation time for the acceleration correlations is calculated along the trajectory of a particle. The correlation time is found to be of the same magnitude as the correlation time for the fluid velocity in an Eulerian reference frame, and much smaller than the viscous relaxation time and the time between collisions of the particles. All of these results indicate that the effect of the turbulent fluid velocity fluctuations can be accurately represented by an anisotropic Gaussian white noise. The above results are used to formulate a ‘fluctuating force’ model for the particle phase alone, where the force exerted by the fluid turbulent velocity fluctuations is modeled as random Gaussian white noise, which is incorporated into the equation of motion for the particles. The variance of the distribution function for the fluctuating force distribution is obtained from the variance of the local turbulent fluid velocity fluctuations, assuming linear Stokes drag law. The force distribution is anisotropic, and it has a non-zero correlation between the flow and gradient directions. It is found that the results of the fluctuating force simulations are in quantitative agreement with the results of the complete DNS, both for the particle concentration and variances of the particle velocity fluctuations, at relatively low volume fractions where the viscous relaxation time is small compared to the time between collisions, as well as at higher volume fractions where the time between collisions is small compared to the viscous relaxation time. The simulations are also able to predict the velocity distributions in the center of the Couette, even in cases where the velocity distribution is very different from a Gaussian distribution. The fluctuating force model is applied to the turbulent flow of a gas-particle suspension in a vertical channel in the limit of high Stokes number. In contrast to the Couette flow analyzed the fluid velocity variances in the different directions in the channel are highly non-homogeneous, and they exhibit a significant variation across the channel. First, we analyze the fluctuating particle velocity and acceleration distributions at different locations across the channel using direct numerical simulation. The distributions are found to be non-Gaussian near the center of the channel, and they exhibit significant skewness. The time correlations of the fluid velocity fluctuations and the acceleration fluctuations on the particles are evaluated and compared. Unlike the case of Couette flow it is found that the time correlation functions for the fluid in the fixed Eulerian frame are not in agreement with the time correlation of the acceleration on the particles. However, the time correlations of the particle acceleration are in good agreement with the velocity time correlations in the fluid in a ‘moving Eulerian’ reference frame, moving with the mean velocity of the fluid. The fluctuating force simulations are used to model the particle phase, where the force on the particles due to the fluid velocity fluctuations are substituted by random white noise in the equations for the particle motion. The random noise is assumed to be Gaussian and anisotropic. The variances of the fluctuating force are calculated form the fluid velocity fluctuations in a moving Eulerian reference frame using DNS. The results from the fluctuating force simulations are then compared with the results obtained from DNS. Quantitative agreement between the two simulations are obtained provided the particle viscous relaxation time is at least five times larger than the fluid integral time. The interactions between the solid particles and the fluid turbulence have been investigated experimentally in a vertical fully developed channel flow of air and solid particles. Experiments are conducted at low volume fraction for which viscous relaxation time of the particle is expected to be lower than the particle particle collision time, as well as at moderately high volume fraction where the particle particle collision time is expected to be lower than the particle relaxation time. Velocity statistics of both the particle and gas phases are obtained using high spatial resolution Particle Image Velocimetry (PIV) system. It is observed that at low solid volume fraction, the particle root mean square velocities and the velocity distribution are in good agreement with those predicted by the fluctuating force simulation, provided the polydispersity in the particle size distribution is incorporated in the fluctuating force simulations. In this case, the modification of turbulence in the center of the channel due to the particles is small. At much higher volume fraction, the mean gas flow is significantly affected by the presence of particles, and the mean flow is no longer symmetric about the center line of the channel. Simultaneously, there is also a significant change in the volume fraction across the channel, and the volume fraction is also not symmetric about the center line. This seems to indicate that there is a spontaneous instability of the symmetric volume fraction and velocity profiles, giving rise to a region of high fluid velocity and high particle volume fraction coexisting with a region of low gas velocity and low particle volume fraction. There is some recirculation of the gas within the channel, and the gas phase turbulence intensity is significantly enhanced when the velocity and volume fraction profiles become asymmetric. As we have considered only one way coupling in the computation of the particle laden flow it is expected that the particle statistics obtained for this condition can not be predicted by our fluctuating force model due to modification of the gas phase statistics.