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Simulation model for the transient process behaviour of solar aluminium recycling in a rotary kiln
(2015)
We present an electromechanically coupled Finite Element model for cardiac tissue. It bases on the mechanical model for cardiac tissue of Hunter et al. that we couple to the McAllister-Noble-Tsien electrophysiological model of purkinje fibre cells. The corresponding system of ordinary differential equations is implemented on the level of the constitutive equations in a geometrically and physically nonlinear version of the so-called edge-based smoothed FEM for plates. Mechanical material parameters are determined from our own pressure-deflection experimental setup. The main purpose of the model is to further examine the experimental results not only on mechanical but also on electrophysiological level down to ion channel gates. Moreover, we present first drug treatment simulations and validate the model with respect to the experiments.
Large power plants can be endangered by lightning strikes with possible consequences regarding their safety and availability. A special scenario is a lightning strike to the HV overhead transmission line close to the power plant's connection to the power grid. If then additionally a so-called shielding failure of the overhead ground wire on top of the overhead transmission line is assumed, i.e. the lightning strikes directly into a phase conductor, this is an extreme electromagnetic disturbance. The paper deals with the numerical simulation of such a lightning strike and the consequences on the components of the power plant's auxiliary power network connected to different voltage levels.
The interest in PET detectors with monolithic block scintillators is growing. In order to obtain high spatial resolutions dedicated positioning algorithms are required. But even an ideal algorithm can only deliver information which is provided by the detector. In this simulation study we investigated the light distribution on one surface of cuboid LSO scintillators of different size. Scintillators with a large aspect ratio (small footprint and large height) showed significant position information only for a minimum interaction depth of the gamma particle. The results allow a quantitative estimate for a useful aspect ratio.
In this paper, we present the structure, the simulation the operation of a multi-stage, hybrid solar desalination system (MSDH), powered by thermal and photovoltaic (PV) (MSDH) energy. The MSDH system consists of a lower basin, eight horizontal stages, a field of four flat thermal collectors with a total area of 8.4 m2, 3 Kw PV panels and solar batteries. During the day the system is heated by thermal energy, and at night by heating resistors, powered by solar batteries. These batteries are charged by the photovoltaic panels during the day. More specifically, during the day and at night, we analyse the temperature of the stages and the production of distilled water according to the solar irradiation intensity and the electric heating power, supplied by the solar batteries. The simulations were carried out in the meteorological conditions of the winter month (February 2020), presenting intensities of irradiance and ambient temperature reaching 824 W/m2 and 23 °C respectively. The results obtained show that during the day the system is heated by the thermal collectors, the temperature of the stages and the quantity of water produced reach 80 °C and 30 Kg respectively. At night, from 6p.m. the system is heated by the electric energy stored in the batteries, the temperature of the stages and the quantity of water produced reach respectively 90 °C and 104 Kg for an electric heating power of 2 Kw. Moreover, when the electric power varies from 1 Kw to 3 Kw the quantity of water produced varies from 92 Kg to 134 Kg. The analysis of these results and their comparison with conventional solar thermal desalination systems shows a clear improvement both in the heating of the stages, by 10%, and in the quantity of water produced by a factor of 3.
In positron emission tomography improving time, energy and spatial detector resolutions and using Compton kinematics introduces the possibility to reconstruct a radioactivity distribution image from scatter coincidences, thereby enhancing image quality. The number of single scattered coincidences alone is in the same order of magnitude as true coincidences. In this work, a compact Compton camera module based on monolithic scintillation material is investigated as a detector ring module. The detector interactions are simulated with Monte Carlo package GATE. The scattering angle inside the tissue is derived from the energy of the scattered photon, which results in a set of possible scattering trajectories or broken line of response. The Compton kinematics collimation reduces the number of solutions. Additionally, the time of flight information helps localize the position of the annihilation. One of the questions of this investigation is related to how the energy, spatial and temporal resolutions help confine the possible annihilation volume. A comparison of currently technically feasible detector resolutions (under laboratory conditions) demonstrates the influence on this annihilation volume and shows that energy and coincidence time resolution have a significant impact. An enhancement of the latter from 400 ps to 100 ps leads to a smaller annihilation volume of around 50%, while a change of the energy resolution in the absorber layer from 12% to 4.5% results in a reduction of 60%. The inclusion of single tissue-scattered data has the potential to increase the sensitivity of a scanner by a factor of 2 to 3 times. The concept can be further optimized and extended for multiple scatter coincidences and subsequently validated by a reconstruction algorithm.
Scientific questions
- How can a non-stationary heat offering in the commercial vehicle be used to reduce fuel consumption?
- Which potentials offer route and environmental information among with predicted speed and load trajectories to increase the efficiency of a ORC-System?
Methods
- Desktop bound holistic simulation model for a heavy duty truck incl. an ORC System
- Prediction of massflows, temperatures and mixture quality (AFR) of exhaust gas
Simulation und Experiment bei der Aufarbeitung von Polyphenolen durch neue Silicatmaterialien
(2010)
Nachwachsende Rohstoffe stellen eine reichhaltige Quelle für die Gewinnung von wirtschaftlich interessanten Biomolekülen dar. Die Gruppe der Polyphenole ist dabei für mehrere Industriezweige bedeutend. Ihre antioxidativen Eigenschaften sind z. B. für die Pharmaindustrie interessant. Im derzeit bearbeiteten Projekt sollen Polyphenole aus Pflanzenbestandteilen isoliert und aufgereinigt werden, um sie dann als Komponenten für eine Vernetzung von Polymeren auf der Basis von Fettsäuren einzusetzen. Bisher sind im Wesentlichen Prozesse zur Entfernung von Polyphenolen aus Getränken wie Bier und Wein bekannt. Eine Wiedergewinnung der Polyphenole war in diesen Anwendungen bisher nicht relevant. Die Gewinnung bzw. Abtrennung der Polyphenole erfolgt u. a. durch kommerziell erhältliche Adsorbentien wie PVPP, Adsorberharze XAD16 (Rhöm & Haas) oder SP70 (Sepabeads), deren Partikelgrößen im Bereichvon 0,1 ± 0,8 mm und spezifischen Oberflächen von 700 ± 900 m 2 /g liegen. Als Alternative zu diesen Adsorbern sollen neue Materialien auf Basis von anorganischen Trennmedien, wie z. B. natürlichen Tonmineralien, für die Polyphenolabtrennung verwendet werden. Derzeit wird durch Abgleich von Experiment und Simulation ein Materialscreening durchgeführt. Durch den Einsatz molekulardynamischer Bindungssimulationen wird die Adsorbersuche beschleunigt und Vorhersagen zu Modifikationen bei der Herstellung der neuen Adsorbentien ermöglicht.
Simulationsprogramme in der Solarenergie-Ausbildung / Blum, K. ; Göttsche, J. ; Schumacher, J.
(1994)
Simultane Atline-Quantifizierung von Magnetpartikeln und Mikroorganismen bei einer HGMS-Filtration
(2015)
Es wird eine neue Atline-Messmethode vorgestellt, mit der während einer Hochgradienten-Magnetseparation (HGMS)-Filtration eine simultane Quantifizierung von Magnetpartikeln und Mikroorganismen im Filtrat vorgenommen werden kann. Dabei gelingt die Quantifizierung signifikant besser als mit bisher verwendeten Messmethoden. Mit dieser Methode ist es möglich, die Trennleistung einer HGMS-Filtration zu bestimmen und einen Filterdurchbruch durch Konzentrationsanstiege im Bereich einiger µg L−1 von Magnetpartikeln im Filtrat frühzeitig zu detektieren, ohne dass nennenswerte Partikelmengen verloren gehen.
Technische Cellulose wurde als möglicher Rohstoff zur fermentativen Produktbildung untersucht. Hierfür wird Cellulose in der Lignocellulose-Bioraffinerie hergestellt und daraus Hydrolysat gewonnen. Die Prüfung der technischen Hydrolysate als Substrate erfolgte anhand eines breiten Spektrums an Bioprodukten, von Kraftstoffen wie Ethanolund Butanol, bis zu den Dicarbonsäuren Itacon- und Bernsteinsäure. Dabei werden Bakterien, Hefen und Pilze als Produktionsorganismen eingesetzt. Die einzelnen Herstellverfahren stellen unterschiedliche Anforderungen an die Substrathandhabung. Im Fall der Ethanol- und Butanol-Gewinnung kann eine simultane Saccharifizierung und Fermentierung (SSF) durchgeführt werden. Aufgrund der Produkttoxizität erfordert die Butanol-Herstellung dabei eine In-situ-Produktabtrennung durch Lösemittelimprägnierte Partikel. Die Herstellung der beiden Dicarbonsäuren unterscheidet sich in der Sensitivität der verwendeten Mikroorganismen gegenüber Inhibitoren, die in Spuren im Hydrolysat enthalten sind. Die Bernteinsäurebildung mit Actinobacillussuccinogenes kann mit unbehandeltem Hydrolysat erfolgen. Dagegen erfordert die Gewinnung von Itaconsäure mit A. terreus eine Detoxifizierung des Hydrolysats. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass sämtliche Bioraffinerie-Hydrolysate als Substrate für unterschiedliche Fermentationen geeignet sind.
Gräser sind in der Lage, einen großen Teil der für eine biobasierte Wirtschaft benötigten Biomasse zur Verfügung zu stellen. Wie bei anderen lignocellulosehaltigen nachwachsenden Rohstoffen erfordert die Verwertung der im Gras enthaltenen Polysaccharide einen mehrstufigen Prozess aus Vorbehandlung, Hydrolyse und Fermentation. In Gräsern ist die Hemicellulose mitP henolcarbonsäuren wie Ferula- und p-Coumarsäure verestert, die die enzymatische Hydrolyse der Cellulose und Hemicellulose ebenso effektiv behindern wie Lignin. Anders als bei holzigen Rohstoffen ermöglicht dieser Aufbau aber eine enzymatische Vorbehandlung, mit der die Phenolcarbonsäuren abgespalten werden können. Da die bei der Vorbehandlung eingesetzten Enzyme in ihrer natürlichen Funktion synergistisch mit cellulytischen Enzymen zusammenarbeiten, besitzen sie ähnliche Optima wie die für die Hydrolyse der Polysaccharide eingesetzten Cellulasen und Hemicellulasen. Diese Eigenschaft ermöglicht die Integration von Vorbehandlung und Hydrolyse in einem einzigen Verfahrensschritt. Durch die Einführung der enzymatischen Vorbehandlung konnte das in der Literatur bekannte SSF-Verfahren für die Herstellung von Ethanol aus Gräsern um die Vorbehandlungsstufe erweitert werden. Das so realisierte simultaneous pretreatment, saccharification and fermentation (SPSF)-Verfahren stellt eine vollständige Integration der drei für die Nutzung von Lignocellulose nötigen Verfahrensschritte in der grünen Bioraffinerie dar.
Simultaneous detection of cyanide and heavy metals for environmental analysis by means of µISEs
(2010)
In environmental analysis, cyanide and heavy metals play an important role, because these substances are highly toxic for biological systems. They can lead to chronic and acute diseases. Due to the chemical properties of cyanide it is frequently used for industrial processes such as extraction of silver and gold. Heavy metals can be found as trace elements in nature and are often applied in industries e.g., galvanization processes. Up to now, cyanide and heavy metals can be detected by several sensors separately and their detection is often limited to laboratory investigations. In this publication, with regard to an in situ analysis, a new miniaturized silicon-based sensor system for the simultaneous detection of cyanide and heavy metals in aqueous solutions is presented that is based on chalcogenide glass-based micro ion-selective electrodes (µISEs). The µISEs are incorporated into a specially designed measuring system for the simultaneous detection of heavy metals and cyanide in solutions and validated by simultaneous measurements of Cu2+- and CN−-ions, Cd2+- and CN−- ions and Pb2+- and CN−-ions. The particular sensor system has shown good sensor properties in the µ-molar ion-concentration range. For simultaneous measurements in complex heavy metal and cyanide solutions an intelligent software using fuzzy logic is discussed.