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Gudrun ist für die aktuelle Episode zu Gast in der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) am Standort in Karlsruhe. Die BAW ist etwa so alt wie die Bundesrepublik und grob gesagt zuständig für technisch-wissenschaftliche Aufgaben in allen Bereichen des Verkehrswasserbaus an den Bundeswasserstraßen und für Spezialschiffbau. Dabei berät sie die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV). Heute ist der Hauptsitz der BAW in Karlsruhe. Daneben gibt es noch einen Standort in Hamburg. Der Anlass des Besuches ist diesmal der Abschluss der Masterarbeit von Axel Rothert zu einer Fragestellung aus der BAW in Karlsruhe. Der Titel der Arbeit ist "Hybride 2D-3D-Simulation von Strömungsprozessen im Nah- und Fernfeld von Wasserbauwerken in OpenFOAM". Sie entstand in enger Zusammenarbeit mit den Kollegen Dr.-Ing. Carsten Thorenz und Franz Simons im Referat Wasserbauwerke der BAW. Nach dem Abschlussvortrag hat sich Gudrun mit Franz Simons und Axel Rothert über die Ergebnisse der Arbeit unterhalten. Neben traditionellen mathematischen Modellen, die durch physikalische Experimente kalibriert und erprobt werden, haben sich durch den technischen Fortschritt der letzen Jahrzehnte numerische Simulationen inzwischen fest etabliert. Einerseits, um numerische Näherungslösungen für die partiellen Differentialgleichungen des mathematischen Modells zu liefern, andererseits aber auch zur Durchführung virtueller Experimente. Die Simulation von hydrodynamischen Vorgängen ist hier ein gutes Beispiel. Das Fließen von Wasser muss mit Gleichungen beschrieben werden, die wiederum numerische Lösungen brauchen, wobei durch deren Komplexität auch gleich noch Ansprüche an entweder Hochleistungsrechentechnik (und damit Parallelisierung) oder andererseits gut begründete Vereinfachungen erhoben werden müssen. Das ganze muss verlässliche Aussagen liefern, damit die BAW z.B. die Hochwasserneutralität eines Wasserbauwerks garantieren kann bevor es endgültig geplant und gebaut wird. Dabei werden in der dortigen Praxis beide Wege beschritten: man investiert in modernste Rechentechnik und benutzt erprobte Vereinfachungen im Modell. Im Kontext der Umströmung von Wasserbauwerken haben unterschiedliche Regionen verschiedene dominierende Strömungsprozesse: in der Nähe des Bauwerkes gibt es eine starke Interaktion des Fließgewässers mit dem Hindernis, aber in einiger Entfernung kann man diese Interaktion vernachlässigen und den Modellansatz vereinfachen. Deshalb sollten im Nah- und Fernbereich unterschiedliche Modelle benutzt werden. Konkret sind es in der Arbeit die tiefengemittelten Flachwassergleichungen im Fernfeld und die Reynolds-gemittelten Navier- Stokes-Gleichungen (RANS) im Nahfeld der Wasserbauwerke. Wichtig ist dann natürlich, wie diese Modelle gekoppelt werden. Da eine Informationsübertragung sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts möglich ist, ist eine Kopplung in beide Richtungen nötig. In der vorliegenden Arbeit wurde eine vorhandene Implementierung eines Mehr-Regionen-Lösers in OpenFOAM der TU München so weiter entwickelt, dass er für die Anwendungen in der BAW geeignet ist. Dafür musste sie auf die aktuell an der BAW verwendete Version von OpenFOAM portiert und anschließend parallelisiert werden, damit praxisnahe Probleme der BAW in sinnvollen Rechenzeiten bewältigt werden können. Außerdem mussten die Implementierungen der Randbedingungen so abgeändert werden, dass allgemeine Geometrien für den Untergrund und ein trocken fallen bzw. benetzen mit Wasser möglich sind. Die Implementierung wurde anhand eines realistischen Beispiels aus dem Verkehrswasserbau bestätigt. Ein etwa 1,1km langer Flussabschnitt wurde hybrid simuliert. Dabei ist ein Staustufe, bestehend aus Wehranlagen, Schleuse und Kraftwerk enthalten. Literatur und weiterführende Informationen Boyer, F. ; Fabrie, P.: Mathematical Tools for the Study of the Incompressible Navier-Stokes Equations and Related Models. New York : Springer-Verlag, 2013 Gerstner, N. ; Belzner, F. ; Thorenz, C.: Simulation of Flood Scenarios with Combined 2D/3D Numerical Models. In: Lehfeldt, R. (Hrsg.) ; Kopmann, R. (Hrsg.): 11th international conference on hydroscience and engineering. Bundesanstalt für Wasserbau, Karlsruhe, 2014 Mintgen, F.: Coupling of Shallow and Non-Shallow Flow Solvers - An Open Source Framework. München, Technische Universität, Diss., 2017 Mintgen, F. ; Manhart, M.: A bi-directional coupling of 2D shallow water and 3D Reynolds-Averaged Navier-Stokes models. 2018. Begutachtet und angenommen vom Journal of Hydraulic Research. Einsehbar: DOI: 10.1080/00221686.2017.1419989 Uijttewaal, W. S.: Hydrodynamics of shallow flows: application to rivers. In: Journal of Hydraulic Research 52 (2014), Nr. 2, S. 157-172 Podcasts R. Kopman, G. Thäter: Wasserstraßen, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 24, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2014.

Organizace Greenpeace upozorňuje na to, že do roku 2050 může být ve světových mořích víc plastu než ryb. Jen v Tichém oceánu pluje plastový ostrov větší než Německo, Španělsko a Francie dohromady. Odpad se dostává do těl ryb a ptáků, a tím do celého potravinového řetězce. Reaguje Česko dostatečně na ekologickou hrozbu? V pořadu Přes čáru odpovídá ředitel Odboru odpadů z Ministerstva životního prostředí Jaromír Manhart a vedoucí programu Odpady v Hnutí DUHA Ivo Kropáček.

Eine stetige Weiterentwicklung von zahnärztlichen Füllungsmaterialien ist infolge steigender Ansprüche der Patienten auf mehr Ästhetik und bioverträgliche Materialien und die durch die Medien entfachten Diskussionen bezüglich postulierter Nebenwirkungen des Werkstoffes Amalgam nötig. Denkbar als Alternative zu Gold und Amalgam sind direkte Füllungen und extraoral gefertigte Inlays aus Komposit. Es wird teilweise mit einer amalgam-ähnlichen Verarbeitungstechnik geworben in Verbindung mit leichterer Modellierbarkeit. Die werkstoffkundlichen Eigenschaften sind in den letzten Jahren erheblich verbessert worden. Auch die Materialien vom Ormocer-Typ sollen bessere Bioverträglichkeit (Allergierisiko reduziert) mit physikalischen Verbesserungen kombinieren. Da nun für ein und dieselbe Kavität mehrere Versorgungsmöglichkeiten gegeben sind (Gold, Amalgam, Komposit, Ormocer), gilt es abzuwägen, in wieweit man auch unter wirtschaftlichen Aspekten die jeweilige Form der Versorgung vertreten kann. Ziel dieser klinischen Studie war es, das Ormocer Definite der Firma Degussa in vivo als direkte plastische Füllung und in Form laborgefertigter Inlays mit einem herkömmlichen Komposit (Pertac2 – Fa. Espe) hinsichtlich klinischer Parameter und bezüglich der rasterelektronenmikroskopischen Analyse der Füllungsränder zu vergleichen. Der Zustand von 122 Definite-Restaurationen (55 Inlays und 67 direkte Füllungen) und 44 Pertac2-Füllungen, die in den studentischen Kursen der Abteilung für Zahnerhaltung und Parodontologie der Ludwig-Maximilians-Universität München gelegt wurden, wurde nach 24 Monaten gemäß der USPHS-Kriterien in vivo dokumentiert. Die statistische Analyse der klinischen Daten und der Randanalyse im REM erfolgte mittels Kruskal-Wallis-H-Test und Mann-Whitney-U-Test auf einem Signifikanzniveau von 5% mit der Software SPSS for Windows. Zusätzlich erfolgte die Beurteilung der Randqualität im Rasterelektronenmikroskop mit Hilfe von Abformungen und Harzmodellen. Bei den Definite-Inlays gingen binnen zwei Jahren insgesamt sechs (nach 1 Jahr: 3) Versorgungen verloren. Im gleichen Zeitraum waren es 17 (1 Jahr: 6) Definite-Füllungen und nur zwei (1 Jahr: 0) Pertac2-Füllungen. Generell zeigte die klinische Untersuchung einen deutlichen Qualitätsvorsprung des Feinpartikelhybridkomposits Pertac2 gegenüber dem Ormocer Definite, der vor allem bei der Beurteilung der Marginalen Integrität, der Randspaltverfärbungen, in Bezug auf die Hinweise der Patienten und bezüglich der Füllungsintegrität signifikante Unterschiede zeigte. Für Definite-Inlays und Pertac2-Füllungen zeigten sich signifikante Unterschiede hinsichtlich der Versorgung von Prämolaren und Molaren zu Gunsten der Prämolaren und bei allen drei Restaurationsarten zeigten kleinere Füllungen bzw. Inlays bessere Ergebnisse als große Versorgungen. Insgesamt decken sich diese Ergebnisse mit bisherigen Studien (Kunzelmann 2001, Roulet 1997), in denen Komposit-Versorgungen in großen Kavitäten eher als Kompromiss angesehen werden. Das insgesamt schlechte Abschneiden der Definite-Füllungen kann auch in Zusammenhang mit dem verwendeten Bondingsystem Etch&Prime 3.0 vermutet werden, welches im Vergleich zu Mehrflaschensystemen als schwächer eingestuft wurde (Gerhard 2001, Manhart 2003). Einzig die Untersuchung im Rasterelektronenmikroskop zeigte Schwächen des Komposits Pertac2 im Vergleich zum Ormocer Definite hinsichtlich der Quellung des Materials auf. Dies deutet auf eine tatsächliche Verbesserung des Schrumpfungsverhaltens bei Ormoceren hin, wobei dies vor dem Hintergrund der klinischen Untersuchung und der geringen Probenanzahl im REM zurzeit nicht belegt werden kann. Abschließend bleibt festzustellen, dass zum Zeitpunkt der 2-Jahres-Nachuntersuchung das konventionelle Komposit Pertac2 gegenüber dem Ormocer Definite in Bezug auf die Qualität im Vorsprung scheint. Ormocere stellen generell aber eine Materialgruppe mit interessanter Perspektive als Amalgam-Alternative dar. Ihr momentaner Entwicklungsstand muss jedoch noch deutlich verbessert werden und sich in weiteren, vor allem längeren, klinischen Langzeitstudien behaupten, damit sie sich auf dem Markt etablieren können.