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Interior transmission eigenvalue problems for the Helmholtz equation play an important role in inverse wave scattering. Some distribution properties of those eigenvalues in the complex plane are reviewed. Further, a new scattering model for the interior transmission eigenvalue problem with mixed boundary conditions is described and an efficient algorithm for computing the interior transmission eigenvalues is proposed. Finally, extensive numerical results for a variety of two-dimensional scatterers are presented to show the validity of the proposed scheme.
Muscular activity in terms of surface electromyography (sEMG) is usually normalised to maximal voluntary isometric contractions (MVICs). This study aims to compare two different MVIC-modes in handcycling and examine the effect of moving average window-size. Twelve able-bodied male competitive triathletes performed ten MVICs against manual resistance and four sport-specific trials against fixed cranks. sEMG of ten muscles [M. trapezius (TD); M. pectoralis major (PM); M. deltoideus, Pars clavicularis (DA); M. deltoideus, Pars spinalis (DP); M. biceps brachii (BB); M. triceps brachii (TB); forearm flexors (FC); forearm extensors (EC); M. latissimus dorsi (LD) and M. rectus abdominis (RA)] was recorded and filtered using moving average window-sizes of 150, 200, 250 and 300 ms. Sport-specific MVICs were higher compared to manual resistance for TB, DA, DP and LD, whereas FC, TD, BB and RA demonstrated lower values. PM and EC demonstrated no significant difference between MVIC-modes. Moving average window-size had no effect on MVIC outcomes. MVIC-mode should be taken into account when normalised sEMG data are illustrated in handcycling. Sport-specific MVICs seem to be suitable for some muscles (TB, DA, DP and LD), but should be augmented by MVICs against manual/mechanical resistance for FC, TD, BB and RA.
We present new numerical results for shape optimization problems of interior Neumann eigenvalues. This field is not well understood from a theoretical standpoint. The existence of shape maximizers is not proven beyond the first two eigenvalues, so we study the problem numerically. We describe a method to compute the eigenvalues for a given shape that combines the boundary element method with an algorithm for nonlinear eigenvalues. As numerical optimization requires many such evaluations, we put a focus on the efficiency of the method and the implemented routine. The method is well suited for parallelization. Using the resulting fast routines and a specialized parametrization of the shapes, we found improved maxima for several eigenvalues.
Experience has shown that a priori created static resource allocation plans are vulnerable to runtime deviations and hence often become uneconomic or highly exceed a predefined soft deadline. The assumption of constant task execution times during allocation planning is even more unlikely in a cloud environment where virtualized resources vary in performance. Revising the initially created resource allocation plan at runtime allows the scheduler to react on deviations between planning and execution. Such an adaptive rescheduling of a many-task application workflow is only feasible, when the planning time can be handled efficiently at runtime. In this paper, we present the static low-complexity resource allocation planning algorithm (LCP) applicable to efficiently schedule many-task scientific application workflows on cloud resources of different capabilities. The benefits of the presented algorithm are benchmarked against alternative approaches. The benchmark results show that LCP is not only able to compete against higher complexity algorithms in terms of planned costs and planned makespan but also outperforms them significantly by magnitudes of 2 to 160 in terms of required planning time. Hence, LCP is superior in terms of practical usability where low planning time is essential such as in our targeted online rescheduling scenario.
Im Projekt Coolplan‐ AIR geht es um die Fortentwicklung und Feld‐ Validierung eines Berechnungs‐ und Auslegungstools zur energieeffizienten Kühlung von Gebäuden mit luftgestützten Systemen. Neben dem Aufbau und der Weiterentwicklung von Simulationsmodellen erfolgen Vermessungen der Gesamtsysteme anhand von Praxisanlagen im Feld. Eine der betrachteten Anlagen arbeitet mit indirekter Verdunstung. Diese Veröffentlichung zeigt den Entwicklungsprozess und den Aufbau des Simulationsmodells zur Verdunstungskühlung in der Simulationsumgebung Matlab‐ Simulink mit der CARNOT‐ Toolbox. Das besondere Augenmerk liegt dabei auf dem physikalischen Modell des Wärmeübertragers, in dem die Verdunstung implementiert ist. Dem neuen Modellansatz liegt die Annahme einer aus der Enthalpie‐ Betrachtung hergeleiteten effektiven Wärmekapazität zugrunde. Des Weiteren wird der Befeuchtungsgrad als konstant angesehen und eine standardisierte Zunahme der Wärmeübertragung des feuchten gegenüber dem trockenen Wärmeübertrager angenommen. Die Validierung des Modells erfolgte anhand von Literaturdaten. Für den trockenen Wärmetauscher ist der maximale absolute Fehler der berechneten Austrittstemperatur (Zuluft) kleiner als ±0.1 K und für den nassen Wärmetauscher (Kühlfall) unter der Annahme eines konstanten Verdunstungsgrades kleiner als ±0.4 K.
Neue Perspektiven für die Bahn in der Produktions- und Distributionslogistik durch Prozessautomation
(2020)
Die qualitative und quantitative Detektion von Zielsubstanzen innerhalb einer wässrigen Probe ist für viele Fragestellungen von Interesse, etwa bei der Detektion von Kontaminationen in Trinkwasser in Krisensituationen. Hierbei ist es nicht nur wichtig, dass Pathogene möglichst sensitiv detektiert werden können, sondern auch, dass die Analyse schnell erfolgt, um Betroffenen im Katastrophenfall zügig sicheres Trinkwasser zu Verfügung stellen zu können. Da bei einem solchen Szenario nicht von einer in der Nähe befindlichen funktionierenden Laborinfrastruktur ausgegangen werden kann, ist es wichtig, dass die Messung direkt vor Ort erfolgen kann. Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht, ob eine derartige Schnellanalytik mithilfe von superparamagnetischen Beads (MBs) und der magnetischen Frequenzmischtechnik möglich ist. Dabei werden die MBs mit Hilfe von primären Antikörpern an die Zielsubstanz gebunden und mit sekundären Antikörpern an die Poren-Oberfläche eines Polyethylen-Filters fixiert (Sandwich-Immunoassay). So kann die Quantifizierung der Zielsubstanz auf eine magnetische Messung der immobilisierten MB-Marker zurückgeführt werden. Die magnetische Frequenzmischtechnik basiert auf der Anregung der Probe mit Magnetfeldern zweier verschiedener Frequenzen. Die durch die nichtlineare Magnetisierungsform der superparamagnetischen MBs entstehenden Mischfrequenzen werden typischerweise mithilfe einer zweistufigen Lock-in-Detektion analysiert (analoge Demodulation), die in einem Magnetreader als Handheldgerät realisiert wurde. Zusätzlich zu dieser Technik wurde das Prinzip der direkten Digitalisierung des gesamten Antwortsignals mit anschließender Fourier-Analyse der erzeugten Mischfrequenzen experimentell umgesetzt, um die Amplituden und Phasen mehrerer Mischfrequenzen simultan zu erfassen. Eine Möglichkeit zur Sensitivitätssteigerung ist die magnetische Aufkonzentration, indem vor der magnetischen Analyse eine Separation der MBs aus einem größeren Probenvolumen mittels magnetischem Feldgradienten durchgeführt wird. Zur Charakterisierung verschiedener kommerzieller MBs hinsichtlich ihrer magnetischen Separierbarkeit wurde ein Aufbau zur Messung ihrer magnetophoretischen Beweglichkeiten realisiert und ihre Geschwindigkeiten im Gradientenfeld mikroskopisch gemessen.Da eine Probe oftmals nicht nur auf eine einzige Zielsubstanz, sondern simultan auf mehrere verschiedene Pathogene hin untersucht werden soll, wurden verschiedene Ansätze entwickelt und getestet, die einen solchen multiparametrischen magnetischen Immunoassay ermöglichen. Einerseits wurde eine räumliche Separation der Bindungsbereiche für verschiedene Zielsubstanzen realisiert, die sequentiell ausgewertet werden können. Andererseits wurde die Unterscheidung von verschiedenen Zielsubstanzen anhand der Charakteristika der an sie gebundenen, verschieden funktionalisierten MB-Typen untersucht. Für eine solche Unterscheidung wurde zum einen die Anregefrequenz der magnetischen Frequenzmischtechnik während einer Messung variiert. Damit konnte gezeigt werden, dass sich verschiedene MB-Sorten anhand der Phase ihrer Frequenzmischsignale voneinander unterscheiden lassen. Weiterhin wurde gezeigt, dass sich der Signalverlauf einer binären Mischung zweier verschiedener MB-Typen als gradueller Übergang der Verläufe der beiden reinen MB-Lösungen ergibt. Eine weitere Analysemethode für einen multiparametrischen Immunoassay besteht darin, ein zusätzliches einstellbares statisches magnetisches Offsetfeld zu verwenden. Hierfür wurden mehrere Aufbauten auf Basis von Permanent- und Elektromagneten simuliert, konstruiert und charakterisiert. Mithilfe von Simulationen konnte gezeigt werden, dass eine auf diesem Verfahren beruhende Unterscheidung für MBs mit unterschiedlichen magnetischen Partikelmomenten möglich ist. Als direkte Anwendung des hier entwickelten Magnetreaders in Zusammenspiel mit der digitalen Demodulation wurde ein magnetischer Assay gegen die B-Untereinheit des Choleratoxins in Trinkwasser mit einem niedrigen Detektionslimit von 0,2 ng/ml demonstriert.
Können wir Skizzenblätter, die gemischte Systeme von Text und Bildanteilen zeigen, als räumliche und zeitliche Verdichtung von Reflexionsmilieus verstehen? Wie wirkt sich die durch die räumliche Begrenzung des Blatts bedingte gleichzeitige Anwesenheit von Text und Bild aus, welche Wechselwirkungen entfalten sich? Diese Fragenstellungen führen zur Definition der ‚Multidimensionalen Arbeitsblätter‘, die als geeignetes Medium der Analyse von entwerferischen Denkprozessen verstanden werden. Anhand von fünf Beispielen wird beschrieben, wie durch dekompositorische Prozeduren Zeichnungsgenealogien sichtbar gemacht werden können, die intensive Auskunft über Entwurfshandlungen geben.
Modeling and upscaling of a pilot bayonettube reactor for indirect solar mixed methane reforming
(2020)
A 16.77 kW thermal power bayonet-tube reactor for the mixed reforming of methane using solar energy has been designed and modeled. A test bench for the experimental tests has been installed at the Synlight facility in Juelich, Germany and has just been commissioned. This paper presents the solar-heated reactor design for a combined steam and dry reforming as well as a scaled-up process simulation of a solar reforming plant for methanol production. Solar power towers are capable of providing large amounts of heat to drive high-endothermic reactions, and their integration with thermochemical processes shows a promising future. In the designed bayonet-tube reactor, the conventional burner arrangement for the combustion of natural gas has been substituted by a continuous 930 °C hot air stream, provided by means of a solar heated air receiver, a ceramic thermal storage and an auxiliary firing system. Inside the solar-heated reactor, the heat is transferred by means of convective mechanism mainly; instead of radiation mechanism as typically prevailing in fossil-based industrial reforming processes. A scaled-up solar reforming plant of 50.5 MWth was designed and simulated in Dymola® and AspenPlus®. In comparison to a fossil-based industrial reforming process of the same thermal capacity, a solar reforming plant with thermal storage promises a reduction up to 57 % of annual natural gas consumption in regions with annual DNI-value of 2349 kWh/m2. The benchmark solar reforming plant contributes to a CO2 avoidance of approx. 79 kilotons per year. This facility can produce a nominal output of 734.4 t of synthesis gas and out of this 530 t of methanol a day.