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A comparative performance analysis of the CFD platforms OpenFOAM and FLOW-3D is presented, focusing on a 3D swirling turbulent flow: a steady hydraulic jump at low Reynolds number. Turbulence is treated using RANS approach RNG k-ε. A Volume Of Fluid (VOF) method is used to track the air–water interface, consequently aeration is modeled using an Eulerian–Eulerian approach. Structured meshes of cubic elements are used to discretize the channel geometry. The numerical model accuracy is assessed comparing representative hydraulic jump variables (sequent depth ratio, roller length, mean velocity profiles, velocity decay or free surface profile) to experimental data. The model results are also compared to previous studies to broaden the result validation. Both codes reproduced the phenomenon under study concurring with experimental data, although special care must be taken when swirling flows occur. Both models can be used to reproduce the hydraulic performance of energy dissipation structures at low Reynolds numbers.
Im Mai 2012 fand in Hamburg erstmals das „Junge Forum Hochschul- und Mediendidaktik“ statt, im Juni 2013 folgte in Potsdam die zweite Auflage als „Junges Forum Medien und Hochschulentwicklung“. 2014 wurde das dritte „Forum“ in Dresden und 2015 das vierte in Düsseldorf ausgerichtet. Das fünfte Forum wird 2016 an der Technischen Universität Darmstadt stattfinden. Initiiert und organisiert wird die Veranstaltung stets von jungen Praktikerinnen und Praktikern sowie Forscherinnen und Forschern mit dem Ziel, dem ‚Nachwuchs‘ in diesem Bereich ein Austauschforum zu geben. Der vorliegende Artikel stellt die konzeptionellen Überlegungen vor, die hinter diesen Treffen stehen. Er zeigt im Rückgriff auf Netzwerktheorie und aktuelle Diskussionen um Professionalisierung und Third Space, wieso für dieses Format ein aktueller Bedarf besteht, und begründet dann im Rückgriff auf didaktische Konzepte auch die methodische Gestaltung der Veranstaltungen. Unsere These: Das kooperative Lernen in Netzwerken ist ein wichtiger Baustein für die Professionalisierung des hochschul- und mediendidaktischen Nachwuchses.
In Deutschland liegt der Anteil der Windkraft an der Gesamtstromerzeugung bei 13,3% mit mehr als 25.000 installierten Windenergieanlagen (WEA). Weltweit erfährt die Windbranche ein rasantes Wachstum. Indien und China berichten eine jährliche Wachstumsrate an Neuinstallationen von 45%. Die Technologie zur Erzeugung elektrischer Energie aus Windkraft ist noch vergleichsweise jung. Durch die weltweit steigende Anzahl an Windenergieanlagen wächst zunehmend der Bedarf an innovativen Wartungslösungen. Komponenten wie Generator oder Getriebe sind inzwischen weitestgehend ausgereift. Der Fokus richtet sich zunehmend auf die wesentliche Kernkomponente - die Rotorblätter.
Industriekletterer inspizieren die Rotorblätter oder Türme i.d.R.
in einem zwei Jahres Rhythmus. Sie werden zunehmend durch Seilarbeitsbühnen unterstützt. Für größere Reparaturen kommen Kräne zum Einsatz, mit denen das Rotorblatt für die Instandhaltung demontiert wird. Die Standardinspektion besteht aus Sicht- und Klopfprüfung der Rotorblattoberfläche und ist nur bei sehr ruhiger Wetterlage durchführbar. Seit September 2014 wird das Forschungsprojekt SMART (Scanning, Monitoring, Analysis, Repair and Transportation), Entwicklung einer Wartungsplattform für WEA, vom BMWi gefördert. Das Konsortium besteht aus zwei Firmen und der
Fachhochschule Aachen. Die SMART-Anlage klettert reibschlüssig am Turm der WEA mittels speziellen Kettenfahrwerken (Abbildung) auf- und abwärts. Ein ringförmiges Spannsystems, basierend auf dem Konzept der „Nürnberger“-Schere, erzeugt die erforderliche Anpresskraft für den Kletterprozess. Wettergeschützte Arbeitskabinen ermöglichen die ganzjährige Instandhaltung von Rotorblättern und ebenso Türmen. Dadurch können Wartungsarbeiten auf 24 Stunden am Tag ausgeweitet werden. Der kombinierte Einsatz (Sensorfusion) bildgebender Messtechnik wie Thermografie, Ultraschall, und Terahertz in der Arbeitskabine kann die Dokumentation, Effizienz und Qualität der Instandhaltungsarbeiten erheblich verbessern. Langfristiges Ziel von SMART ist ein Condition Monitoring für Rotorblätter und Türme auf Basis digitalisierter dreidimensionaler Volumenscans. Der kooperative Einsatz mit UAVs erweitert die Instandhaltungsstrategie. UAVs ermöglichen die schnelle, kostengünstige globale optische Inspektion von Rotorblattoberflächen zur Detektion potentieller Fehlstellen. Der „Proof-of-Concept“ Meilenstein wurde mit der Demonstration eines funktionsfähigen Modells im Dezember 2015 erfolgreich abgeschlossen.
Combined with the use of renewable energy sources for its production, Hydrogen represents a possible alternative gas turbine fuel within future low emission power generation. Due to the large difference in the physical properties of Hydrogen compared to other fuels such as natural gas, well established gas turbine combustion systems cannot be directly applied for Dry Low NOx (DLN) Hydrogen combustion. Thus, the development of DLN combustion technologies is an essential and challenging task for the future of Hydrogen fuelled gas turbines. The DLN Micromix combustion principle for hydrogen fuel has been developed to significantly reduce NOx-emissions. This combustion principle is based on cross-flow mixing of air and gaseous hydrogen which reacts in multiple miniaturized diffusion-type flames. The major advantages of this combustion principle are the inherent safety against flash-back and the low NOx-emissions due to a very short residence time of reactants in the flame region of the micro-flames. The Micromix Combustion technology has been already proven experimentally and numerically for pure Hydrogen fuel operation at different energy density levels. The aim of the present study is to analyze the influence of different geometry parameter variations on the flame structure and the NOx emission and to identify the most relevant design parameters, aiming to provide a physical understanding of the Micromix flame sensitivity to the burner design and identify further optimization potential of this innovative combustion technology while increasing its energy density and making it mature enough for real gas turbine application. The study reveals great optimization potential of the Micromix Combustion technology with respect to the DLN characteristics and gives insight into the impact of geometry modifications on flame structure and NOx emission. This allows to further increase the energy density of the Micromix burners and to integrate this technology in industrial gas turbines.
Optimization of the immobilization of bacterial spores on glass substrates with organosilanes
(2016)
Spores can be immobilized on biosensors to function as sensitive recognition elements. However, the immobilization can affect the sensitivity and reproducibility of the sensor signal. In this work, three different immobilization strategies with organosilanes were optimized and characterized to immobilize Bacillus atrophaeus spores on glass substrates. Five different silanization parameters were investigated: nature of the solvent, concentration of the silane, silanization time, curing process, and silanization temperature. The resulting silane layers were resistant to a buffer solution (e.g., Ringer solution) with a polysorbate (e.g., Tween®80) and sonication.
Pure analytical or experimental methods can only find a control strategy for technical systems with a fixed setup. In former contributions we presented an approach that simultaneously finds the optimal topology and the optimal open-loop control of a system via Mixed Integer Linear Programming (MILP). In order to extend this approach by a closed-loop control we present a Mixed Integer Program for a time discretized tank level control. This model is the basis for an extension by combinatorial decisions and thus for the variation of the network topology. Furthermore, one is able to appraise feasible solutions using the global optimality gap.
Nach Stand von Wissenschaft und Technik werden Komponenten hinsichtlich ihrer Eigenschaften, wie Lebensdauer oder Energieeffizienz, optimiert. Allerdings können selbst hervorragende Komponenten zu ineffizienten oder instabilen Systemen führen, wenn ihr Zusammenspiel nur unzureichend berücksichtigt wird. Eine Systembetrachtung schafft ein größeres Optimierungspotential - dem erhöhten Potential steht jedoch auch ein erhöhter Komplexitätsgrad gegenüber. Die vorliegende Arbeit ist im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 805 entstanden, dessen Ziel die Beherrschung von Unsicherheit in Systemen des Maschinenbaus ist. Die Arbeit zeigt anhand eines realen Systems aus dem Bereich der Hydraulik, wie Unsicherheit in der Entwicklungsphase beherrscht werden kann. Hierbei ist neu, dass die durch den späteren Betrieb zu erwartende Systemdegradation eines jeden möglichen Systemvorschlags antizipiert werden kann. Dadurch können Betriebs- und Wartungskosten vorausgesagt und minimiert werden und durch eine optimale Betriebs- und Wartungsstrategie die Verfügbarkeit des Systems garantiert werden. Wesentliche Fragen bei der optimalen Auslegung des betrachteten hydrostatischen Getriebes sind dessen physikalische Modellierung, die Darstellung des Optimierungsproblems als gemischt-ganzzahliges lineares Programm, und dessen algorithmische Behandlung zur Lösungsfindung. Hierzu werden Heuristiken zum schnelleren Auffinden sinnvoller Systemtopologien vorgestellt und mittels mathematischer Dekomposition eine Bewertung des dynamischen Verschleiß- und Wartungsverlaufs möglicher Systemvorschläge vorgenommen. Die Arbeit stellt die Optimierung technischer Systeme an der Schnittstelle von Mathematik, Informatik und Ingenieurwesen sowohl gründlich als auch anschaulich und nachvollziehbar dar.