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Turbulenz ist allgegenwärtig in der Natur. Ein wichtiges Charakteristikum sind Fluktuationen auf einer Vielzahl von räumlichen und zeitlichen Skalen, die sowohl in neutralen Fluiden und gasförmigen Systemen, als auch in Plasmen beobachtet werden. Obwohl der elektromagnetische Charakter von Plasmen eine erhöhte Komplexität von Plasmaturbulenz bedingt, sind die grundlegenden Eigenschaften universell. In magnetisch eingeschlossenen Plasmen führen fluktuierende Plasmaparameter zu turbulentem Transport von Plasmateilchen und Energie, der die Einschlusszeit verringert und wichtige Aspekte zukünftiger Fusionskraftwerke beeinflusst. Der intermittente Charakter dieses konvektiven Teilchenflusses ist verbunden mit turbulenten Strukturen mit großen Amplituden, auch "blobs" genannt, die radial durch das Magnetfeld propagieren. Intermittente Fluktuationen im Randplasma von Experimenten mit linearer Magnetfeldgeometrie werden ebenfalls propagierenden turbulenten Strukturen zugeschrieben. Dabei ist der Mechanismus der radialen Propagation kaum verstanden. In dieser Arbeit wird die Bildung und Propagation von turbulenten Strukturen im linear magnetisierten Helikonexperiment Vineta untersucht. Durch Messungen der Fluktuationen in der azimuthalen Ebene mit multi-dimensionalen Sonden wird gezeigt, dass turbulente Strukturen in Driftwellenturbulenz im Gebiet des maximalen Dichtegradienten entstehen. Die turbulenten Strukturen propagieren hauptsächlich azimuthal in Richtung der Hintergrund ExB-Drift, aber sie besitzen auch eine starke radiale Geschwindigkeitskomponente. Die radiale Propagation wird durch das selbstkonsistente Potential der turbulenten Struktur verursacht, dass zu einem fluktuations-induzierten radialen Transport führt. Im Plasmarand werden die turbulenten Strukturen als intermittente Dichteeruptionen mit großen Amplituden beobachtet. Ein Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit numerischen dreidimensionalen Fluid-Simulationen mit abgestimmten Geometrie- und Randbedingungen zeigt Übereinstimmung. Die Bildung der turbulenten Strukturen ist kausal mit einer quasi-kohärenten Driftmode verbunden und ihre radiale Propagation wird durch das selbstkonsistente elektrische Feld verursacht, dass aus der dreidimensionalen Dynamik resultiert. Zum Vergleich wird die Propagation von turbulenten Strukturen im Randplasma vom National Spherical Torus Experiment (NSTX) untersucht und mit theoretischen Propagationsmodellen verglichen.
Untersuchungen zur Bewertung der Geometrie des nasalen Diffusors mittels Akustischer Rhinometrie
(2007)
Ziel der Arbeit war die Geometrische Darstellung des Naseninnenraumes und die Festlegung der Kennzahl PHI. PHI beschreibt die Querschnittsflächenzunahme des Naseninnenraumes und deren Auswirkung auf die Strömungsverhältnisse in der Nase. Dabei ist das Turbulenzverhalten der nasalen Strömung entscheidend für die Funktionsfähigkeit des Organs. Die Untersuchungen wurden in dem Abschnitt der Nase vorgenommen, der die größte Querschnittserweiterung erfährt, dem Diffusor. Es wurden 448 Diffusoren an Probanden mittels Akustischer Rhinometrie und Rhinoresistometrie vermessen. Die Kennzahl PHI ergab in den anschließenden Berechnungen signifikante Korrelationen zur Turbulenzvariablen Lambda. Durch die Einteilung der Naseninnenräume nach ihren Querschnittsflächen-zunahmen in 3 Gruppen (PHI<7°, PHI 7°-9° und PHI >9°) ist es möglich, Aussagen über das Turbulenzverhalten in der Nase zu machen. Wir konnten belegen dass Nasen mit kleinen Diffusoren, beschrieben durch PHI<7°,ein geringeres Turbulenzverhalten (Lambda) aufweisen als Nasen mit größeren Diffusoren (PHI 7°-9° bzw. PHI >9°). Es wurden signifikante Unterschiede zwischen allen 3 Gruppen festgestellt. Die Erkenntnisse der Arbeit haben Bedeutung für die Praxis (Diagnostik) sowie für die vergleichende Forschung.