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In der vorliegenden Arbeit erfolgte sowohl eine Analyse als auch eine Weiterentwicklung des Agrarökosystemmodells MONICA (Model for Nitrogen and Carbon in Agro-ecosystems) für Anwendungen im Rahmen des Energiepflanzenanbaus. Grundlage der Modellanalyse bildeten Sensitivitätsanalysen der Modellparameter mit jeweils unterschiedlichen Fragestellungen. Es wurde eine Methode implementiert, die für die effiziente Durchführung von Sensitivitätsanalysen für komplexe dynamische Ökosystemmodelle mit umfangreicher Parameteranzahl entwickelt wurde. Mittels der Sensitivitätsanalyse wurden sowohl für eine Modellkalibrierung relevante Parameter identifiziert als auch das Verhalten des Modells analysiert. Dazu wurden die Morris- und die Extended FAST-Methode miteinander kombiniert. Eine eigenständige Implementierung der beiden Methoden ermöglichte die Parallelisierung der Modellberechnungen und die Ausführung auf einem Computer-Cluster. Im ersten Schritt der Sensitivitätsanalyse erfolgte eine Analyse und ein Vergleich der Parametersensitivität für verschiedene Fruchtarten. Anschließend wurden diejenigen Parameter identifiziert, die für einzelne pflanzen- und bodenspezifische Modelloutputs sensitiv waren. In einer zusätzlichen Sensitivitätsanalyse wurde die Variabilität der Parametersensitivität hinsichtlich einzelner Modelloutputs in Abhängigkeit von der Simulationszeit untersucht. Darauf aufbauend wurde der Anwendungsumfang des Modells für die Simulation von Energiepflanzen durch fruchtartenspezifische Optimierung der Parameter erweitert. Dafür wurde ein allgemeiner Ansatz entwickelt, der eine Kalibrierung von MONICA unter Verwendung einer eingeschränkten Datenbasis ermöglichte. Für die entwickelten Modellparametersätze der untersuchten Fruchtarten erfolgte eine Validierung an unabhängigen Daten. Es wurde gezeigt, dass für die neuen Energiepflanzen mit MONICA sowohl eine gute Abbildung der Ertragsbildungs- als auch der Bodenwasserdynamik erzielt wird. Abschließend erfolgte eine theoretische Untersuchung verschiedener Ansätze zur Modellvereinfachung und deren Anwendbarkeit in MONICA. Zum einen wurden Ansätze zur Verbesserung des Quellcodes analysiert, die auf eine Verbesserung der Nutzung und Weiterentwickelbarkeit des Modells abzielten. Zum anderen wurden Möglichkeiten zur Vereinfachung der Modellanwendung durch Reduktion des Modellfunktionsumfangs vorgestellt.
Auf dem Gebiet der Prozessintegration und automatisierten Optimierung von Bauteilen nimmt die Triebwerksindustrie eine Vorreiterrolle ein. Insbesondere die aerodynamische Optimierung von Triebwerksschaufeln kann, dank umfangreicher Forschungs- und Entwicklungsarbeit, seit einiger Zeit als Stand der Technik bezeichnet werden. Auf diese Art ist es möglich, trotz kürzer werdender Entwicklungszeiten immer effizientere Schaufeln zu entwerfen, die ihren Beitrag zur notwendigen Reduktion der im Triebwerk produzierten CO2-Emission liefern. Ein wichtiger Schritt beim Schaufelentwurf ist die automatisierte Mehrkriterien-Optimierung einzelner Schaufelsektionen. Hierfür sind geeignete Profilparametrisierungen notwendig, die einerseits genügend Entwurfsfreiheiten bieten, andererseits ohne manuelle Nachbearbeitung sinnvolle Profile liefern. In der vorliegenden Arbeit werden daher drei grundsätzlich verschiedene Möglichkeiten zur automatisierten parametrischen Schaufelprofilerzeugung entwickelt. Im Unterschied zu den meisten bisher vorhandenen Parametrisierungen ist allen drei Methoden gemein, dass die entstandenen Profile stets krümmungsstetig sind. Lediglich beim Übergang zur kreisförmigen Hinterkante wird Tangentenstetigkeit als ausreichend angesehen. Durch diese Vorgehensweise können, anders als vorher, sehr günstige Geschwindigkeitsverläufe an Saug- und Druckseite ohne Überhöhungen an der Vorderkante erreicht werden. Innerhalb eines auf einem Hochleistungs-Rechen-Cluster parallelisierten Mehrkriterien-Optimierungsprozesses, in dem beispielhaft der Mittelschnitt eines Stators einer Hochdruckverdichterstufe aerodynamisch optimiert wird, werden die drei Methoden anschließend miteinander verglichen. Es kann gezeigt werden, dass alle drei Parametrisierungen zu Profilen führen, die bezüglich ihrer aerodynamischen Verluste deutlich besser sind als ein manuell entworfenes Referenzprofil.