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Virgin passive colon biomechanics and a literature review of active contraction constitutive models
(2022)
The objective of this paper is to present our findings on the biomechanical aspects of the virgin passive anisotropic hyperelasticity of the porcine colon based on equibiaxial tensile experiments. Firstly, the characterization of the intestine tissues is discussed for a nearly incompressible hyperelastic fiber-reinforced Holzapfel–Gasser–Ogden constitutive model in virgin passive loading conditions. The stability of the evaluated material parameters is checked for the polyconvexity of the adopted strain energy function using positive eigenvalue constraints of the Hessian matrix with MATLAB. The constitutive material description of the intestine with two collagen fibers in the submucosal and muscular layer each has been implemented in the FORTRAN platform of the commercial finite element software LS-DYNA, and two equibiaxial tensile simulations are presented to validate the results with the optical strain images obtained from the experiments. Furthermore, this paper also reviews the existing models of the active smooth muscle cells, but these models have not been computationally studied here. The review part shows that the constitutive models originally developed for the active contraction of skeletal muscle based on Hill’s three-element model, Murphy’s four-state cross-bridge chemical kinetic model and Huxley’s sliding-filament hypothesis, which are mainly used for arteries, are appropriate for numerical contraction numerical analysis of the large intestine.
The planned coal phase-out in Germany by 2038 will lead to the dismantling of power plants with a total capacity of approx. 30 GW. A possible further use of these assets is the conversion of the power plants to thermal storage power plants; the use of these power plants on the day-ahead market is considerably limited by their technical parameters. In this paper, the influence of the technical boundary conditions on the operating times of these storage facilities is presented. For this purpose, the storage power plants were described as an MILP problem and two price curves, one from 2015 with a relatively low renewable penetration (33 %) and one from 2020 with a high renewable energy penetration (51 %) are compared. The operating times were examined as a function of the technical parameters and the critical influencing factors were investigated. The thermal storage power plant operation duration and the energy shifted with the price curve of 2020
increases by more than 25 % compared to 2015.
Konzeption eines Flagship-Stores mit Wohlfühl- und Erlebnis-Spaces
Die Bedürfnisse von Besuchern und Kunden eines Geschäfts haben sich über die letzten Jahre stark verändert. Sie möchten das ihr Kauf zum Erlebnis wird. Auf Basis dieser Erkenntnis wurde im Rahmen dieser Arbeit zusammen mit den Produkten des Weltmarktführers für Teichtechnik und Aquaristik „OASE – Living Water“ ein Storekonzept geschaffen. Dieses verbindet den Verkaufsraum mit unterschiedlichen Erlebniswelten, welche auf die jeweilig ausgestellte Produktkategorie abgestimmt sind. Zusätzlich eröffnet ein diverser und aufregend gestalteter Gartenbereich der zum Entspannen und Verweilen einlädt. Der herausstechende Aspekt des Konzepts ist, dass die Produkte sowohl als reines Produkt, als auch in verbauter Version in Aktion zu sehen sind. Auf diese Art bietet die Marke „OASE – Living Water“ ein neues Kauf-Erlebnis an.
Experimental and numerical investigation on the effect of pressure on micromix hydrogen combustion
(2021)
The micromix (MMX) combustion concept is a DLN gas turbine combustion technology designed for high hydrogen content fuels. Multiple non-premixed miniaturized flames based on jet in cross-flow (JICF) are inherently safe against flashback and ensure a stable operation in various operative conditions.
The objective of this paper is to investigate the influence of pressure on the micromix flame with focus on the flame initiation point and the NOx emissions. A numerical model based on a steady RANS approach and the Complex Chemistry model with relevant reactions of the GRI 3.0 mechanism is used to predict the reactive flow and NOx emissions at various pressure conditions. Regarding the turbulence-chemical interaction, the Laminar Flame Concept (LFC) and the Eddy Dissipation Concept (EDC) are compared. The numerical results are validated against experimental results that have been acquired at a high pressure test facility for industrial can-type gas turbine combustors with regard to flame initiation and NOx emissions.
The numerical approach is adequate to predict the flame initiation point and NOx emission trends. Interestingly, the flame shifts its initiation point during the pressure increase in upstream direction, whereby the flame attachment shifts from anchoring behind a downstream located bluff body towards anchoring directly at the hydrogen jet. The LFC predicts this change and the NOx emissions more accurately than the EDC. The resulting NOx correlation regarding the pressure is similar to a non-premixed type combustion configuration.
Kawasaki Heavy Industries, LTD. (KHI) has research and development projects for a future hydrogen society. These projects comprise the complete hydrogen cycle, including the production of hydrogen gas, the refinement and liquefaction for transportation and storage, and finally the utilization in a gas turbine for electricity and heat supply. Within the development of the hydrogen gas turbine, the key technology is stable and low NOx hydrogen combustion, namely the Dry Low NOx (DLN) hydrogen combustion.
KHI, Aachen University of Applied Science, and B&B-AGEMA have investigated the possibility of low NOx micro-mix hydrogen combustion and its application to an industrial gas turbine combustor. From 2014 to 2018, KHI developed a DLN hydrogen combustor for a 2MW class industrial gas turbine with the micro-mix technology. Thereby, the ignition performance, the flame stability for equivalent rotational speed, and higher load conditions were investigated. NOx emission values were kept about half of the Air Pollution Control Law in Japan: 84ppm (O2-15%). Hereby, the elementary combustor development was completed.
From May 2020, KHI started the engine demonstration operation by using an M1A-17 gas turbine with a co-generation system located in the hydrogen-fueled power generation plant in Kobe City, Japan. During the first engine demonstration tests, adjustments of engine starting and load control with fuel staging were investigated. On 21st May, the electrical power output reached 1,635 kW, which corresponds to 100% load (ambient temperature 20 °C), and thereby NOx emissions of 65 ppm (O2-15, 60 RH%) were verified. Here, for the first time, a DLN hydrogen-fueled gas turbine successfully generated power and heat.
This study investigates the influence of pressure on the temperature distribution of the micromix (MMX) hydrogen flame and the NOx emissions. A steady computational fluid dynamic (CFD) analysis is performed by simulating a reactive flow with a detailed chemical reaction model. The numerical analysis is validated based on experimental investigations. A quantitative correlation is parametrized based on the numerical results. We find, that the flame initiation point shifts with increasing pressure from anchoring behind a downstream located bluff body towards anchoring upstream at the hydrogen jet. The numerical NOx emissions trend regarding to a variation of pressure is in good agreement with the experimental results. The pressure has an impact on both, the residence time within the maximum temperature region and on the peak temperature itself. In conclusion, the numerical model proved to be adequate for future prototype design exploration studies targeting on improving the operating range.
Mit MULO wurde eine Serie multifunktionaler Objekte für den Wohnbereich entworfen. In Zeiten des Überangebots und des ständigen Wohnraumwechsels soll der Nutzer dieser Objekte mit einem modernen und schlichten Design unterstützt werden, das zu jedem Anlass passt. Die minimalistische Ästhetik mit hohem Komfort orientiert sich dabei an den Bedürfnissen des Endverbrauchers.
Als Verwandlungskünstler bereichert MULO jeden Wohnraum. Die gesamte Serie ist unter der Berücksichtigung der schnelllebigen und sich wandelnden Welt entworfen worden. Mit multifunktionalen Objekten ist das Produkt den flexiblen Anforderungen und Bedürfnissen des Menschen gewachsen. Die Bereiche Wohnen, Leben, Arbeiten, Schlafen und Entspannen werden durch das Sofa- , das Tisch- und das Keramik-System optimal abgedeckt. Durch die Verwendung von nachhaltigen und recycelbaren Materialien, setzt MULO ein kleines Statement und hinterlässt nachhaltig Eindruck.
Yocu ist ein Konzept für den Gesundheitssektor, dass unter der Betrachtung der relevanten Trends und der Researchergebnisse den Therapieansatz des „Schröpfen“ in einen neuen modernen Kontext setzt, dabei aber die Vorteile der traditionellen Heilkunst nicht außer Acht lässt. Es handelt sich um ein Therapieprodukt für fasziale Verklebungen und Muskel-Skelett-Erkrankungen.
Mit Yocu bekommen Nutzer die Möglichkeit, sich selbst erfolgreich präventiv oder bei Beschwerden zu behandeln. Das könnte nicht nur die körperliche Gesundheit fördern, sondern auch das Gespür für den eigenen Körper. Seine körperlichen Bedürfnisse besser einschätzen zu können und in der Lage zu sein, diese zu erfüllen, stellt das Ziel des Konzepts dar.
Mit dem gewählten „Healthtech“ Ansatz soll der Zugang zur Selbsttherapie für Laien ermöglicht werden. Zusätzlich könnte das Konzept die Arbeit für Physiotherapeut:innen und Fitnesstrainer:innen erleichtern. Durch die Symbiose eines elektronischen Therapieproduktes mit einer Anwendungsapp ist die Behandlung punktgenau steuerbar und basiert nicht mehr ausschließlich auf Gefühl oder Erfahrung. Durch die Einsicht aller wichtigen Parameter, wird das Verständnis der Therapiemethode gefördert und Vertrauen hinsichtlich des Produkts geschaffen.
KOMU entstand durch Analysieren der Veränderungen, die mit der Urbanisierung einhergehen - schnell schwindender Wohnraum, häufiges Umziehen und verschmolzene Raumnutzung.
KOMU ist ein modulares Regalsystem, das ermöglicht, problemlos aus denselben Bestandteilen immer wieder verschiedene Wohn- und Raumsituationen zu schaffen.
Das System ist komplett werkzeugfrei durch simples Ineinanderstecken aufzubauen. Weitere Add-Ons können über das gleiche Stecksystem in das Regal integriert werden, damit es perfekt an die Bedürfnisse des Kunden anpasst werden kann.
Durch klare Linien und eine cleane Designsprache fügt sich KOMU nahtlos in seine Umgebung ein und hilft, eine für den Kunden ideale Umgebung zu schaffen.
Ein Regal, das mitwächst - vielfältig und individuell.
Das Ziel des Konzeptes ist eine virtuelle personalisierte „Zeitreise“ für die Besucher*innen zu gestalten.
Die Ausstellung lässt die Besucher*innen in ein vergangenes Zeitszenario eintauchen. Sie erleben und erkunden mit Hilfe von Computertechniken historische Ereignisse, während sie gleichzeitig nützliches Wissen vermittelt bekommen.
Die Ausstellung besteht aus einer inszenierten interaktiven Raum-Installation mit 360 Grad Projektionen. Das 360 Grad Panorama erlaubt den Besucher*innen eine neue Art der Wahrnehmung von historischen Ereignissen. Alle Besucher*innen bekommen zu Beginn der Tour ein Smart Device (Tablet) mit einem vor installierten Benutzer Guide ausgehändigt. Die Anwendungen sind Schritt für Schritt im Guide veranschaulicht und leicht anzuwenden. Sprachen, Schriften, Display Größen können jederzeit geändert und Hilfe angefordert werden. Damit wird die Ausstellung barrierefrei.
Mit Hilfe des neuen Benutzer Guides Systems sind alle Besucher*innen in der Lage vor der Tour eine kurze „Personalisierung“ durchzuführen. Somit wird auf Basis der Interessenfelder eine individuelle „Zeitreise „ ermöglicht.
Die dargestellten Szenarien können u.a. zwischen den historischen Maya Tempelruinen, Pyramiden, historischen Mythen, wie dem legendären Bernsteinzimmer variieren. Mit diesem Konzept ist es möglich, längst vergessene und zerstörte Zeitszenarien zu rekonstruieren und diese mit Hilfe von Virtual Reality- und Augmented Reality Elementen interaktiv zu gestalten.