A three-dimensional numerical study is performed to investigate the heat transfer and pressure drop performance on the air-side of circular finned tube bundles in cross flow. New heat transfer and pressure drop correlations for the air-cooled heat exchangers have been developed with the Reynolds number ranging from 5000 to 70000. The heat transfer and pressure drop results agree well with several existing experimental correlations. In addition, the influence of the geometric parameters on the heat transfer and pressure drop are studied in detail and their results discussed. The numerical flow visualization results for the boundary layer developments, horseshoe vortex system, and local velocity and temperature distributions are presented.

Wärmeleitfähigkeiten von Dämmstoffen, die mit verschiedenen Verfahren gemessen wurden, zeigen in vielen Fällen Differenzen, deren Ursachen bisher nicht eindeutig geklärt werden konnten. In der Arbeit werden die Ergebnisse der systematischen experimentellen Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit von isotropen und anisotropen Dämmstoffen mit verschiedenen stationären und instationären Messverfahren im Temperaturbereich 20 – 1200 °C dargestellt. Mit Hilfe numerischer Simulationsmodelle werden Fehlerquellen an ausgewählten stationären Messapparaturen analysiert. Unter Beachtung materialbedingter Schwankungen und von Veränderungen der Materialien unter Temperaturbelastung zeigen sich beim Vergleich der Messergebnisse keine systematischen Unterschiede zwischen den verwendeten Verfahren. Es werden Empfehlungen zur Auswahl geeigneter Messverfahren abgeleitet, die neben der Probenpräparation speziell die Isotropie / Anisotropie der verschiedenen Dämmstoffe berücksichtigen.

Endosomes are dynamic vesicular structures which transport cargo molecules internalized into the cell via endocytosis. Endosomal trafficking of cargo involves a large number of individual endosomes that regularly interact with each other via fusion and fission and thus form a dynamic network wherein endocytosed cargo is sorted and transported to various other intracellular compartments. In this study we present a general theoretical framework that takes into account individual endosomes and several key microscopic interaction processes among them. By combining theory with quantitative experiments, we seek to address the fundamental question of how the behaviour of the endosomal network emerges from the interactions among many individual endosomes of different sizes and cargo contents. Our theory is based on distributions of endosomes of various sizes and cargo amount. We compare our theory to experimental time course distributions of LDL, a degradative cargo, in a population of early endosomes. Early endosomes display a broad distribution of cargo with a characteristic power law, which we show is a consequence of stochastic fusion events of cargo carrying early endosomes. A simple model can quantitatively describe time-dependent statistics of LDL distributions in individual early endosomes. From fits of the theory to experimental data we can determine key parameters of endosomal trafficking such as the endosome fusion rate and the fluxes of cargo into and out of the network. Our theory predicts several experimentally confirmed scaling behaviours, which arise as a result of endosome fusion. Our theory provides a link between the dynamics at individual endosome level and average properties of the endosomal network. We show from our theory that some features of the endosomal distributions, which arise from interactions among individual endosomes, are sensitive to alterations in chosen parameters. This provides a direct means to study perturbation experiments wherein the cargo distribution can vary in response to changes of the endocytic system. Our analysis provides a powerful tool for the study of genetic and chemical perturbations that may alter specific systems properties and for extracting various kinetic rates involved in endosomal trafficking from only still images at different points.

Untersuchung konvektiver Transportprozesse innerhalb einer auf der Lorentz-Kraft basierenden Strömung während der elektrolytischen Abscheidung.

In Durchlauföfen zur Erwärmung von Gütern werden die Materialien zu einem großen Teil entweder auf Schienen und Hubbalken oder mittels Transportrollen durch die Öfen transportiert. Die Transportrollen sind auf den ersten Blick ein Widerstand bezüglich des Wärmeübergangs aus dem Ofenraum unterhalb der Rollen an die Unterseite der Güter. Eine Vergleichsmessung zeigte allerdings, dass die Stoffe auf den Transportrollen durch die zusätzliche Wärmeabgabe der Transportrollen an die Unterseite der Werkstoffe schneller erwärmt werden als auf Schienen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein mathematisches Modell entwickelt, das die Guterwärmung in einem Rollenofen abbildet. Nach der experimentellen Verifizierung des mathematischen Modells wurden die Transportrollenparameter ermittelt, die die Guterwärmung in einem Rollenofen beschleunigen. Je geringer Rollendurchmesser und Rollenteilung sind und je höher die Gutgeschwindigkeit ist, umso mehr verbessern Rollen die Guterwärmung.

The focus of this thesis lies on the thermoelectric transport properties of rare-earth compounds containing Ce, Eu, and Yb. These systems have been investigated either to study fundamental problems or to evaluate their potential for thermoelectric applications.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden ab initio Berechnungen des Restwiderstandes von metallischen Nanostrukturen vorgestellt. Die elektronische Struktur der idealen Systeme wird mit Hilfe einer Screened KKR Greenschen Funktionsmethode im Rahmen der Vielfachstreutheorie auf der Grundlage der Dichtefunktionaltheorie berechnet. Die Potentiale von Punktdefekten werden selbstkonsistent mit Hilfe einer Dyson-Gleichung für die Greensche Funktion des gestörten Systems berechnet. Unter Nutzung der ab initio Ubergangswahrscheinlichkeiten wird der Restwiderstand durch Lösung der quasi-klassischen Boltzmann-Gleichung bestimmt. Ergebnisse für ultradünne Cu-Filme und die Leitfähigkeitsanomalie während des Wachstums von Co/Cu-Vielfachschichten werden vorgestellt. Der Einfluss von Oberflächen, geordneten und ungeordneten Grenzflächenlegierungen und von Defekten an verschiedenen Positionen in der Vielfachschicht auf den Effekt des Giant Magnetoresistance wird untersucht. Die selbstkonsistente Berechnung der Streueigenschaften und die verbesserte Lösung der Boltzmann-Transportgleichung unter Einbeziehung der Vertex-Korrekturen stellen ein leistungsfähiges Werkzeug zur umfassenden theoretischen Beschreibung dar. Sie verhelfen zu nützlichen Einsichten in die mikroskopischen Prozesse, die die Transporteigenschaften von nanostrukturierten Materialen bestimmen. / A powerful formalism for the calculation of the residual resistivity of metallic nanostructured materials without adjustable parameters is presented. The electronic structure of the unperturbed system is calculated using a screended KKR multiple scattering Green's function formalism in the framework of density functional theory. The scattering potential of point defects is calculated self-consistently by solving a Dyson equation for the Green's function of the perturbed system. Using the ab initio scattering probabilities the residual resistivity was calculated solving the quasiclassical Boltzmann equation. Examples are given for the resistivity of ultrathin Cu films and the conductance anomaly during the growth of a Co/Cu multilayer. Furthermore, the influence of surfaces, ordered and disordered interface alloys and defects at different positions in the multilayer on the effect of Giant Magnetoresistance is investigated. The self-consistent calculation of the scattering properties and the improved treatment of the Boltzmann transport equation including vertex corrections provide a powerful tool for a comprehensive theoretical description and a helpful insight into the microscopic processes determining the transport properties of magnetic nanostructured materials.

In dieser Arbeit wurden mit Hilfe von Transportmessungen – vor allem mit thermischem Transport bei sehr tiefen Temperaturen – intermetallische Seltenerdverbindungen untersucht. Diese Materialien sind oft durch starke elektronische Korrelationen gekennzeichnet, die zu neuartigen Eigenschaften führen. Um die Wechselwirkungen in den untersuchten Systemen zu beeinflussen, führten wir ein Magnetfeld als zusätzlichen Parameter ein. Damit untersuchten wir drei Fragestellungen. Im ersten Teil überprüften wir die Gültigkeit des Wiedemann-Franz-Gesetzes in YbRh2Si2. Dieses Material zeigt einen durch ein kleines Magnetfeld induzierten quantenkritischen Punkt, für dessen unkonventionelle Eigenschaften es noch keine allgemein etablierte mikroskopische Theorie gibt. Mit Hilfe des Wiedemann-Franz-Gesetzes haben wir untersucht, ob eine solche Theorie im Rahmen des Quasiteilchenbildes formuliert werden kann. Während wir eine Bestätigung für Magnetfelder abseits des quantenkritischen Punktes zeigen, ergibt unsere Analyse direkt am quantenkritischen Punkt eine Verletzung des Weidemann-Franz-Gesetzes. Dies hat weitreichende physikalische Folgen, da eine Verletzung den Zusammenbruch des Konzeptes von Quasiteilchen impliziert. In der zweiten Studie untersuchten wir die Kondogittersysteme YbRh2Si2 und CeRu2Si2 in Magnetfeldern mit Energien von der Größenordnung der Kondotemperatur. Beide Systeme zeigen bislang ungeklärte feldinduzierte Übergänge mit sehr unterschiedlichen Signaturen jedoch den selben Vorschlägen für deren Ursache: ein abrupter Zusammenbruch des Kondoeffekts oder ein Lifshitzübergang. Mit Thermokraft- und Widerstandsmessungen konnten wir für CeRu2Si2 zeigen, dass auch der thermische Transport kompatibel mit einem Lifshitzübergang ist. Ein globales Modell, das thermodynamische Größen mit einschließt, ist jedoch weiterhin nicht vorhanden. In YbRh2Si2 detektierten wir anstatt eines einzelnen, insgesamt drei Übergänge in höheren Magnetfeldern. Mithilfe einer sehr guten Übereinstimmung von renormalisierten Bandstrukturrechnungen mit unseren und früheren Experimenten, können wir die Entwicklung von YbRh2Si2 im Magnetfeld als Superposition von einer stetigen Unterdrückung des Kondoeffekts und drei Lifshitzübergängen beschreiben. Im dritten Projekt untersuchten wir den supraleitenden Ordnungsparameter von LaPt4Ge12. Während frühere Experimente auf konventionelle Supraleitung hindeuten, wird für das eng verwandte PrPt4Ge12 unkonventionelle und/oder Multiband-Supraleitung diskutiert. Resultate an der Substitutionsreihe LaxPr1-xPt4Ge12 suggerieren jedoch kompatible Ordnungsparameter für beide Verbindungen. Unsere Ergebnisse der spezifischen Wärme und der temperatur- und feldabhängigen Wärmeleitfähigkeit an LaPt4Ge12 sind kompatibel mit dem Modell konventioneller Supraleitung ohne Nullstellen im der supraleitenden Bandlücke. Die Abhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit vom Feldwinkel zeigt unerwartet umfangreiche Oszillationsmuster. Während solche Oszillationen oft als Zeichen von Nullstellen in der Bandlücke interpretiert werden, konnten wir die meisten Frequenzen anderen Ursachen zuordnen. Eine sehr genaue Analyse von winkelabhängigen Messungen ist daher unabdingbar, um daraus Schlussfolgerungen für den Ordnungsparameter ziehen zu können.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit ist das am Institut für Kern- und Teilchenphysik der Technischen Universität Dresden entwickelte Monte-Carlo-Strahlungstransportprogramm AMOS für Photonen und Elektronen um einen neuartigen Transportalgorithmus für Neutronen erweitert worden. Für die Modellierung der Wechselwirkungsprozesse werden evaluierte Wirkungsquerschnittsdaten im ENDF-Format verwendet, welche mit einer eigens dafür entwickelten Anwendung für eine effiziente Simulation aufbereitet worden sind. Für eine schnelle Simulation mit hoher Genauigkeit werden die Wirkungsquerschnitte über eine empirisch bestimmte hochaufgelöste Gruppenstruktur gemittelt. Die differentiellen Wirkungsquerschnitte werden für den Transportalgorithmus ins Laborsystem transformiert und linear interpoliert. Das erarbeitete Neutronentransportmodul ist anhand mehrerer Beispielrechnungen getestet und verifiziert worden. Im Vergleich mit vorhandenen Strahlungstransportprogrammen erreicht es bei gleicher Genauigkeit eine deutlich höhere Geschwindigkeit. Sowohl das Programm zur Aufbereitung der Daten als auch der Transportalgorithmus sind im Rahmen dieser Arbeit konzipiert und implementiert worden. Die gute Übereinstimmung der Ergebnisse zeigt, dass das entwickelte Programmsystem eine vollwertige Alternative zu den vorhandenen Lösungen darstellt.

In der vorliegenden Arbeit wurde der elektrische Transport im Schwere-Fermionen-System YbRh2Si2 sowohl in seiner stöchiometrischen Form als auch mit teilweiser isoelektronischer Substitution von Ir oder Co auf dem Rh-Platz untersucht. In YbRh2Si2 liegt ein quantenkritischer Punkt vor, der zugänglich ist, indem der antiferromagnetische Phasenübergang mittels eines kleinen Magnetfelds zum absoluten Nullpunkt der Temperatur unterdrückt wird. Die zentralen Messungen des Hallkoeffizienten zeigen einen Übergang der in der Extrapolation zu T=0 zu einer Diskontinuität wird und somit auf eine Rekonstruktion der Fermifläche am quantenkritischen Punkt schließen lässt. Dies belegt die unkonventionelle Natur der Quantenkritikalität in YbRh2Si2. Unterstützt wird dies auf fundamentale Weise durch verknüpfungen mit unkonventionellem Skalierungsverhalten. In den Proben mit teilweiser Substitution wird der Einfluss einer Veränderung der Gitterparameter auf die Quantenkritikalität mit Hilfe von Widerstandsmessungen untersucht. Dabei zeigt sich, dass der magnetische Übergang von der Fermiflächenrekonstruktion separiert wird. Für Proben mit teilweiser Ir-Substitution, welche negativen Drücken entspricht, scheint im Zwischenbereich eine neuartige metallische Spinflüssigkeit hervorzutreten. / This work investigates the electrical transport of the heavy-fermion compound YbRh2Si2 in its stoichiometric form as well as with slight isoelectronic substitution of Ir or Co on the Rh site. A quantum critical point is present in YbRh2Si2 which is accessed by tuning the transition temperature of the antiferromagnetic order to absolute zero via the application of a small magnetic field. The central measurements of the Hall coefficient reveal a crossover which sharpens to a discontinuity in the extrapolation to zero temperature implying a reconstruction of the Fermi surface at the quantum critical point. This allows to rule out conventional descriptions of the quantum criticality in YbRh2Si2. A scaling analysis corroborates this on a fundamental basis. In the samples with partial substitution the effect of unit cell volume change on the quantum criticality was investigated by means of resistivity measurements. Surprisingly, the magnetic transition is separated from the Fermi surface reconstruction. For samples with Ir substitution corresponding to negative chemical pressure, a new metallic spin liquid seems to emerge in the intermediate regime.