TY - THES A1 - Doynov, Nikolay T1 - Hybride Modelle für Verzugs- und Eigenspannungsberechnung von großen und komplexen Schweißkonstruktionen T1 - Hybrid models for calculation of distortion and residual stresses in large and complex welded structures N2 - Das Schweißen führt zu einer lokalen, ungleichmäßigen Erwärmung der Fügestelle. Die dadurch hervorgerufenen lokalen plastischen Verformungen und metallurgischen Werkstoffveränderungen bewirken nach der Abkühlung bleibenden Verzug und Eigenspannungen. Diese beeinflussen die reibungslose Durchführung des Fertigungsprozesses und die Qualität der geschweißten Konstruktion und schließlich stellen letztlich deren Einsatz in Frage. Somit steht für die meisten Industrieanwendungen die gesicherte Minimierung bzw. Beherrschung des Schweißverzuges und der Schweißeigenspannungen, insbesondere bei großen Konstruktionen im Vordergrund. Mittels der Vorkenntnis über den zu erwartenden Verzug und die Entwicklung der Eigenspannungen während und nach dem Schweißen können zum einen geeignete Gegenmaßnahmen, wie beispielsweise Einspannszenarien, Vorverformungen oder Schweißreihenfolgen sowie eine gezielte Vor-, Zwischen- oder Nachwärmebehandlung zweckmäßig gewählt werden. Zum anderen ist es möglich, die darauffolgenden notwendigen Nachbehandlungen, wie z.B. das thermische Richten, schon in einem sehr frühen Stadium des Produktentwicklungsprozesses vorauszuplanen. Demzufolge besteht seitens der Forschung ein sehr großes Interesse an der Entwicklung verlässlicher Modelle und Methoden zur Schweißverzugs- und Eigenspannungsberechnung. Die vorliegende Habilitationsschrift befasst sich mit den theoretischen Grundlagen und den simulationstechnischen Aspekten der Schweißverzug- und Eigenspannungsberechnung von großen komplexen Schweißkonstruktionen. Im Mittelpunkt stehen die analytisch-numerische Hybridmodelle. Diese bestehen aus einem analytischen Teil für die lokale thermomechanische Berechnung und einen numerischen Teil für die globale strukturmechanische Berechnung. Die beiden Teilaufgaben sind stark gekoppelt. Der Schwerpunkt liegt in der Weiteentwicklung und in den Umsatzmöglichkeiten des analytischen Ansatzes. Darüber hinaus wird die Anwendung der Hybriden Modellierung zur Berechnung von Verzug und Eigenspannungen in praxisrelevanten Schweißkonstruktionen an zahlreichen Beispielen demonstriert. Die Aspekte der Einbringung der Simulation in die Fertigungs- oder Produktkette werden ebenso thematisiert. N2 - Welding causes local, non-uniform heating of the joint. The resulting local plastic deformations and metallurgical material changes cause after cooling residual distortions and stresses. These affect the smooth performance of the manufacturing process and the quality of the welded structure, finally putting its use into question. Thus, for most industrial applications, the minimization or control of welding distortion and residual stresses, especially for large constructions, is of primary importance. By knowing in advance the distortion to be expected and the development of residual stresses during and after welding, it is possible, on the one hand, to select suitable measures to control the distortion, such as clamping scenarios, preforming or welding sequences, as well as targeted pre-, intermediate- or post-weld heat treatment. On the other hand, it is possible to plan in advance the subsequent necessary post-treatments, such as thermal straightening, at a very early stage of the product development process. Consequently, there is a very great interest on the part of the research community in the development of reliable models and methods for weld distortion and residual stress calculation. This postdoctoral thesis deals with the theoretical fundamentals and simulation aspects of weld distortion and residual stress calculation of large complex welded structures. The focus is on analytical-numerical hybrid models. These consist of an analytical part for the local thermomechanical calculation and a numerical part for the global structural mechanical calculation. The two subtasks are strongly coupled. The main issue is the ongoing development and the turnover possibilities of the analytical approach. In addition, the application of hybrid modeling for the calculation of distortion and residual stresses in practically relevant welded structures is demonstrated with numerous examples. The aspects of incorporating simulation into the manufacturing or product chain will also be addressed. KW - Schweißsimulation KW - Eigendehnung KW - Schweißverzug KW - Schweißeigenspannungen KW - Vortgeschrittene Schweißfertigung KW - Computational welding mechanics KW - Inherent strain KW - Welding distortions KW - Welding residual stresses KW - Advanced welding manufacturing KW - Schweißen KW - Schweißspannung KW - Thermomechanik KW - Strukturmechanik KW - Tragfähigkeit KW - Richten KW - Intelligente Fertigung KW - Computersimulation KW - Konzeptionelle Modellierung Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-64536 ER - TY - THES A1 - Chauhan, Ekta T1 - Role of community in managing cultural heritage tourism in historical quarters of Delhi : case studies of Nizamudinn Basti and Shahjahanabad T1 - Rolle der Gemeinschaft bei der Verwaltung des Kulturerbe-Tourismus in den historischen Vierteln von Delhi : Fallstudien von Nizamudinn Basti und Shahjahanabad N2 - This doctoral research examines community participation in decision-making for Cultural Heritage Tourism (CHT) in Nizamuddin Basti and Shahjahanabad, historical sites in New Delhi, India. It includes three papers addressing community participation barriers, resident motivation, and collective action dilemmas using the Institutional Analysis and Development-Network of Adjacent Action Situations (IAD-NAAS) framework. The study identifies four main barriers: institutional constraints, limited awareness, capacity issues, and cultural norms inhibiting residents' involvement in CHT decision-making. Despite these obstacles, the community's deep attachment to the area's heritage, appreciation of tangible and intangible heritage, and recognition of communal benefits motivate participation. Using the IAD-NAAS framework, the research unravels collective action dilemmas, emphasizing how individual actions in one context can impact actions in adjacent contexts. Key action situations are monument conservation, local community livelihood development, tourism development, and community decision-making participation. Through in-depth interviews, the study garners a rich understanding of barriers and motivations for community participation. It highlights the role of community involvement in creating inclusive, diverse heritage narratives, challenging the conventional discourses dominating heritage narratives. Thus, fostering a democratic and inclusive approach to heritage. N2 - In dieser Doktorarbeit wird die Rolle der Gemeinschaften bei dem Entscheidungsprozess für den Kulturerbe-Tourismus (Cultural Heritage Tourism-CHT) in den ausgewählten Fallstudiengebieten in Neu-Delhi, Indien, untersucht. Es handelt sich um eine kumulative Arbeit, die drei veröffentlichte Forschungsarbeiten umfasst. Die Doktorarbeit befasst sich mit drei großen Aspekten der Bürgerbeteiligung: Hindernissen für die lokalen Gemeinschaften bei der Beteiligung an der Entscheidungsfindung im Bereich des Kulturerbe-Tourismus, Motivation der Einwohner, sich an dieser Entscheidungsfindung zu beteiligen, und der Analyse von ‚collective action dilemmas‘ unter Verwendung des IAD-NAAS-Rahmens (Institutional Analysis and Development-Network of Adjacent Action Situations- IAD-NAAS). Qualitative Forschungsmethoden waren entscheidend für den Erfolg dieser Studie. Mithilfe ausführlicher Interviews gelang es der Studie, ein umfassendes und differenziertes Verständnis der Barrieren und Motivationen für gesellschaftliche Teilhabe zu gewinnen. Durch die Einbindung von Gemeindemitgliedern in den Entscheidungsprozess können Kulturtourismusinitiativen dazu beitragen, einen demokratischeren und integrativeren Ansatz im Umgang mit dem Kulturerbe zu fördern und die vorherrschenden Narrative in Frage zu stellen, die traditionell unser Verständnis der Vergangenheit geprägt haben. KW - Heritage policy KW - Community participation KW - Decision making KW - Heritage tourism KW - South Asia KW - Kulturerbe KW - Tourismus KW - Südasien KW - Entscheidungsprozess KW - Gemeinschaftsbeteiligung KW - Delhi KW - Kulturerbe KW - Tourismus KW - Bürgerbeteiligung KW - Entscheidungsprozess Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-63990 ER - TY - THES A1 - Schreckinger, José T1 - Short- and long-term succession in intermittent rivers and ephemeral streams : sediment microbial communities structure and biogeochemical trajectories T1 - Kurz- und langfristige Sukzession in intermittierenden Flüssen : Struktur mikrobieller Sedimentgemeinschaften und biogeochemische Trajektorien N2 - Intermittent rivers and ephemeral streams (IRES) experience drying events, and they are becoming increasingly common due to climate change and anthropogenic water withdrawal. Despite their prevalence, IRES have been less studied than non-drying rivers, and more research is needed to understand their dynamics. This dissertation examines drying events' effects on the sediment microbial community structure and biogeochemistry in temperate IRES. First, a research study was carried out using an outdoor mesocosm setup to track changes in bacterial and fungal communities, microbial functions and properties of sediment-dissolved organic carbon during three different drying events. Results showed that drying duration and intensity and sediment organic matter content regulated river Spree sediment microbial community composition and biogeochemical processes during drying. The associated sediment respiration, assessed as CO2 flux, rapidly declined during all drying treatments, and Bacilli class became the most dominant bacteria after 90 days of drying, except in non-enriched sediment under the most intense drying. Second, a microcosm experiment was conducted to understand how sediment drying history and properties influence biogeochemical dynamics during an IRES expansion phase. Sediment respiration and nutrient release/retention rates were measured through flow resumption, and results showed that drying duration and intensity and sediment organic matter content regulated the dynamics of nutrients and respiration upon flow resumption. Under the most intense and prolonged drying, non-enriched sediment showed a lag response in respiration during the first day after flow resumption, while all other treatments had either a linear increase or a fast pulse in respiration. Finally, the long-term microbial succession in IRES sediment and soil in the experimental catchment of Chicken Creek was investigated. In 2008 and 2018, the sediment of three ephemeral streams and their adjacent soil was analyzed for the structure of the bacterial and fungal communities and microbial functions across different seasons. Results showed that environmental factors, such as vegetation type and organic matter content, mediated sediment and soil microbial succession in Chicken Creek. Ephemeral streams under spare and sporadic flow events remained unique ecosystems with distinctive microbial communities and biogeochemical dynamics, different from its riparian soil. Overall, this dissertation concludes that temperate IRES are dynamic ecosystems where dry-wet cycles and environmental factors modulate their sediment microbial community structure and function trajectories in the short- and long term. N2 - Periodisch wiederkehrende Bäche und Flüsse (IRES, intermittent rivers and ephemeral streams) sind Gewässerkörper die episodisch austrocknen und durch Klimawandel und anthropogener Wasserentnahme zunehmend häufiger werden. Obwohl sie weit verbreitet sind, sind IRES bisher weit weniger erforscht worden als dauerhaft wasserführende Flüsse. Die vorliegende Dissertation untersucht Auswirkungen von Trockenperioden in IRES der gemäßigten Klimazone auf biogeochemische Parameter des Sediments sowie bakterielle und pilzliche Gemeinschaften. Zum einen wurde in einem Mesokosmen-Experiment im Freiland die bakterielle und pilzliche Diversität, sowie Eigenschaften von sedimentären, gelösten organischem Kohlenstoff und mikrobiellen Funktionen für verschiedene Austrocknungsintensitäten untersucht. Die Dauer und Intensität der Austrocknung, sowie die Konzentration an organischer Substanz, bewirkten maßgeblich eine Veränderungen der Struktur der mikrobiellen Gemeinschaft sowie der biogeochemischen Prozesse im Spree-Sediment während der Trockenphasen. In allen Austrocknungsintensitäten nahm die Respiration aus dem Sediment, gemessen als CO2 Emissionen, schnell ab; wobei die Ordnung Bacilli nach 90 Tagen Trockenzeit dominant wurde. Ausnahme war hier Sediment das nicht mit organischer Substanz angereichert war. Zum anderen wurde in Mikrokosmen der biogeochemische Effekte von vergangenen Austrocknungsepisoden und deren Eigenschaften während der Erweiterungsphase der IRES untersucht. Respiration im Sediment, sowie Freisetzung und Rückhalt von Nährstoffen wurden nach wieder einsetzenden des Wasserflusses gemessen. Eigenschaften wie Dauer und Intensität der Austrocknungsepisoden, sowie der Gehalt an organischer Substanz, bestimmten hier Nährstoffflüsse und Respiration; speziell in den ersten Tagen nach wiederkehren des Wasserflusses. Bei sehr intensiver und andauernden Austrocknung zeigte das Sediment ohne Anreicherung mit organischer Substanz eine verzögerte Reaktionszeit in der Respiration. Letzteren wurde die langfristige Auswirkung und mikrobielle Sukzession von IRES auf Sedimente und Böden im Einzugsgebiet Hühnerwasser in der Jahren 2008 und 2018 untersucht. Analysiert wurden die Struktur der mikrobiellen Gemeinschaften und Funktionen aus Sediment der wiederkehrenden Bäche und angrenzenden Uferböden in beiden Jahren. Vegetationsform und organische Substanz regulierten die mikrobielle Sukzession im Einzugsgebiet des Hühnerwassers. Die IRES bleiben auch bei nur geringem Wasserfluss eigenständige Systeme, die sich auch hinsichtlich ihrer mikrobiellen Struktur und Biogeochemie von den Böden in Gewässernähe unterscheiden. Schlussfolgernd für diese Dissertation steht, dass IRES in der temperten Klimazone dynamische Ökosysteme sind. Besonders Nass-Trocken-Zyklen und Umweltfaktoren regulieren die Struktur der mikrobiellen Gemeinschaften im Sediment und ihre Funktionen auf kurz- und langfristige Sicht. KW - Rivers KW - Drying KW - Biogeochemistry KW - Bacteria KW - Fungi KW - Flüsse KW - Trocknung KW - Biogeochemie KW - Bakterien KW - Pilze KW - Fluss KW - Bach KW - Bakterien KW - Pilze KW - Biogeochemie KW - Dürre KW - Klimawandel KW - Flusssediment Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-63793 ER - TY - THES A1 - Hamede, Mohammed Hussein Haytham T1 - The turbulent very wide-gap Taylor-Couette flow : experimental investigation T1 - Die turbulente Taylor-Couette-Strömung mit sehr weitem Spalt : experimentelle Untersuchung N2 - Die Taylor-Couette-Strömung (TC), die Strömung zwischen zwei konzentrischen, unabhängig voneinander rotierenden Zylindern, wird als perfektes Modell zur Untersuchung von Scherströmungen über konkaven Oberflächen verwendet und ist eines der paradigmatischen Systeme der Fluidphysik. In dieser Arbeit wird eine experimentelle Untersuchung der turbulenten TC-Strömung in einer sehr breiten Spaltgeometrie mit einem Radiusverhältnis 𝜂 = 0,1 durchgeführt. Das physikalische und dynamische Verhalten der Strömung wird in einer Geometrie untersucht, die vor der vorliegenden Studie kaum untersucht wurde, was diese Studie einzigartig macht. Ziel der Studie ist es, die Auswirkungen der Krümmung auf die TC-Strömung zu verstehen, insbesondere in Fällen, in denen die Umfangslänge des inneren Zylinders kleiner ist als die Spaltbreite. Die Strömung wird in den verschiedenen Rotationsregimen untersucht: gegenläufige, mitläufige und reine Innenzylinder-Rotationsregime bis zu Scher-Reynoldszahlen Re_s≤ 150000. Das Strömungsfeld wurde mit Hilfe von Visualisierungstechniken qualitativ untersucht. Bei der Untersuchung der verschiedenen Strömungsparameter zeigen sich bekannte kohärente TC-Strömungsmuster sowie neu beobachtete Muster, von denen wir annehmen, dass sie nur bei TC-Strömungen mit sehr großem Spalt existieren. Für eine detailliertere quantitative Untersuchung wurde eine zeitaufgelöste Messung des Geschwindigkeitsfeldes mit der Hochgeschwindigkeits-Partikel-Image-Velocimetry-Technik durch die Endplatte des Systems durchgeführt. Die radialen und azimutalen Geschwindigkeitskomponenten in der horizontalen 2D-Ebene werden an verschiedenen axialen Positionen gemessen, um die axiale Varianz der Strömung zu erfassen. Das aufgezeichnete Strömungsfeld wird verwendet, um den Drehimpulstransport in Form der Quasi-Nusselt-Zahl (Nu_ω) zu berechnen. Die Ergebnisse zeigen ein Maximum der Nu_ω für niedrige gegenläufige Raten von -0,011 ≤ μ_max ≤ -0,0077, was mit großräumigen Strukturen verbunden ist, die den gesamten Spalt überspannen. Darüber hinaus nimmt Nu_ω für Gegenrotationsraten, die höher als μ_max sind, ab, bis es einen Minimalwert erreicht, und steigt dann für höhere Gegenrotationsfälle tendenziell wieder an. Das Raum-Zeit-Verhalten des turbulenten Strömungsfeldes für die Fälle mit hoher Gegenrotation zeigt die Existenz neu beobachteter Muster neben der äußeren Zylinderwand, die sich nach innen ausbreiten, den Drehimpulstransport verstärken und zu einem zweiten Maximum im Transport für höhere Gegenrotationsraten führen. Das Raum-Zeit-Verhalten des turbulenten Strömungsfeldes für die Fälle mit hoher Gegenrotation zeigt die Existenz von neu beobachteten Mustern neben der äußeren Zylinderwand, die sich nach innen ausbreiten, den Drehimpulstransport verstärken und zu einem zweiten Maximum des Transports für höhere Gegenrotationsraten führen. Für den rein rotierenden inneren Zylinder skaliert der Impulstransport. N2 - The Taylor-Couette (TC) flow, the flow confined between two concentric independently rotating cylinders, is used as a perfect model to investigate shear flow over concave surfaces and one of the paradigmatic systems of the physics of fluids. In this thesis, an experimental investigation of the turbulent TC flow in a very wide gap geometry with a radius ratio 𝜂 = 0.1 is performed. The physical and dynamic behavior of the flow is studied in a geometry that has rarely been investigated before the current study, which makes this study unique. The study aims to understand the effect of curvature on the TC flow, particularly in cases where the circumferential length of the inner cylinder is smaller than the gap width. The flow is studied in the different rotation regimes: counter-rotating, co-rotating, and purely inner cylinder rotating regimes up to shear Reynolds numbers Re_s≤ 150000. The flow field has been qualitatively studied using visualization techniques. By probing the different flow parameters, familiar coherent TC flow patterns appear, in addition to newly observed patterns we assume only exist for very wide gap TC flows. For a more detailed quantitative study, a time-resolved velocity field measurement has been conducted using the High-speed Particle Image Velocimetry technique through the system end plate. The radial and azimuthal velocity components in the 2D horizontal plane are measured at different axial positions, in order to scan the axial variance of the flow. The recorded flow field is used to compute the angular momentum transport in terms of the quasi-Nusselt number (Nu_ω). The results show a maximum of Nu_ω for low counter-rotating rates of −0.011 ≤ μ_max ≤ −0.0077, which is associated with large-scale structures that span the entire gap. Moreover, the Nu_ω decreases for counter-rotation rates higher than μ_max until it reaches a minimum value and then tends to increase again for higher counter-rotation cases. The space-time behavior of the turbulent flow field for the high counter-rotating cases shows the existence of newly observed patterns next to the outer cylinder wall that propagates inward, enhancing the angular momentum transport and resulting in a second maximum in transport for higher counter-rotating rates. For the pure rotating inner cylinder, the momentum transport scaling with the shear rate Nu_ω ∼ Re_s^α has been studied, and it shows a transition in scaling to 𝛼 = −0.76 for all flows with Re_(s )≥ 25000. This new scaling reveals the transition of the flow from the classical turbulent regime to the ultimate one, where this transition is accompanied by a clear change in the flow behavior. Moreover, the flow in the co-rotating regime and particularly in the centrifugal stable regime (𝜇 > +0.01) is investigated. The Velocity measurements show the presence of disturbed flow near the inner cylinder, where the measured velocity profiles showed a clear deviation from those predicted by laminar flow for flows up to 𝜇 = +0.04. KW - Experimental fluid mechanics KW - Taylor-Couette flow KW - Rotating flow KW - Turbulence KW - Particle image velocimetry KW - Experimentelle Strömungsmechanik KW - Taylor-Couette-Strömung KW - Rotationsströmung KW - Turbulenz KW - Turbulente Strömung KW - Strömungsmechanik KW - Rotationsströmung KW - Taylor-Couette-Strömung Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-64456 ER - TY - THES A1 - Takam, Paul Honore T1 - Stochastic optimal control problems of residential heating systems with a geothermal energy storage T1 - Stochastische Optimalsteuerungsprobleme für Gebäudeheizungssysteme mit Erdwärmespeicher N2 - In this thesis we consider a residential heating system equipped with several heat production and consumption units and investigate the stochastic optimal control problem for its cost-optimal management. As a special feature the manager has access to a geothermal storage (GS) which allows for inter-temporal transfer of heat energy by storing leftover solar thermal energy generated in summer for satisfying demand later. It is charged and discharged via heat exchanger pipes filled with a moving fluid. Further, the manager of that system faces uncertainties about the future fuel price and heat demand. The main goal is to minimize the expected aggregated cost for generating heat and running the system. This leads to a challenging mathematical optimization problem. The problem is formulated first as a non-standard continuous-time stochastic optimal control problem for a controlled state process whose dynamics is described by a system of ordinary differential equations (ODEs), stochastic differential equations and a partial differential equation (PDE). The PDE, which describes the temperature distribution in the GS, is first converted into a high-dimensional system of ODEs by semi-discretizing the space variables and its stability is investigated. This makes it possible to compute some aggregated characteristics which are useful for the operation of the GS embedded in the residential heating system. Second, the linear time-varying system of ODEs is approximated by a suitable linear time-invariant system. This allows the Lyapunov balanced truncation model order reduction method to be applied. Finally, we investigate the solution of the resulting standard optimal control problem for a controlled multi-dimensional diffusion process using dynamic programming methods and derive the corresponding Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB) equation. However, no analytical solution of the HJB equation can be expected for the control problem under investigation. Therefore, we transform the continuous-time optimal control problem into a discrete-time control problem for a controlled Markov chain with finitely many states by discretizing both the time and the states. After determining the transition probabilities, the problem is solved using methods from the theory of Markovian decision processes. The thesis presents results of extensive numerical experiments carried out with the developed methods which reveal typical properties of the value function and the optimal strategy of the optimization problem. We end this thesis by describing some alternative methods to overcome the curse of dimensionality. N2 - In dieser Arbeit betrachten wir ein mit mehreren Wärmeerzeugungs- und –verbrauchseinheiten ausgestattetes Gebäudeheizungssystem und untersuchen ein stochastisches Optimalsteuerungsproblem für dessen kostenoptimale Bewirtschaftung. Als Besonderheit steht dem Manager des Heizungssystems ein Erdwärmespeicher (GS) zur Verfügung, der eine zeitliche Übertragung von Wärmeenergie ermöglicht, indem die Überproduktion von Solarwärme z.B. im Sommer für die spätere Deckung des Wärmebedarfs gespeichert wird. Die Be- und Entladung erfolgt über Wärmetauscherrohre, in denen eine Flüssigkeit zirkuliert. Der Manager dieses Systems muss seine Entscheidungen unter Unsicherheiten über die Brennstoffpreise und den zu deckenden Wärmebedarf in der Zukunft treffen. Das Hauptziel ist es, die zu erwartenden Gesamtkosten für die Wärmeerzeugung und den Betrieb des Systems zu minimieren. Dies führt zu einem anspruchsvollen mathematischen Optimierungsproblem. Das problem wird zunächst als ein zeitstetiges stochastisches Optimalsteuerungsproblem in Nichtstandardform formuliert, bei dem die Dynamik des gesteuerten Zustandsprozesses durch ein System gewöhnlicher Differentialgleichungen (ODEs), stochastischer Differentialgleichungen und einer partiellen Differentialgleichung (PDE) gegeben ist. Die PDE, welche die Temperaturverteilung im GS beschreibt, durch Semidiskretisierung der Raumvariablen in ein hochdimensionales System von ODEs überführt und es wird dessen Stabilität gezeigt. Damit gelingt es, wichtige Kenngrößen für den Betrieb des Erdwärmespeichers innerhalb eines Heizungssystems zu berechnen. Dabei wird zunächst das lineare zeitvariable System von ODEs durch ein geeignetes lineares zeitinvariantes System approximiert. Dies erlaubt es dann die Lyapunov-Balanced-Truncation-Methode für die Modellreduktion einzusetzen. Schließlich untersuchen wir die Lösung des resultierenden Standard-Optimalsteuerungsproblems für einen gesteuerten mehrdimensionalen Diffusionsprozess unter Verwendung von Methoden des Dynamic Programming und leiten die zugehörige Hamilton-Jacobi-Bellman-Gleichung (HJB) her. Für das untersuchte Steuerungsproblem kann jedoch keine analytische Lösung der HJB-Gleichung erwartet werden. Daher überführen wir das zeitstetige Optimalsteuerungsproblem durch Diskretisierung sowohl der Zeit als auch der Zustände in ein zeitdiskretes Kontrollproblem für eine gesteuerte Markovkette mit endlich vielen Zuständen. Nach der Bestimmung der Übergangswahrscheinlichkeiten wird das Problem mit Methoden der Theorie der Markovschen Entscheidungsprozesse gelöst. Die Arbeit präsentiert Ergebnisse umfangreicher numerischer Experimente, die mit den entwickelten Methoden durchgeführt wurden und typische Eigenschaften der Wertfunktion und der optimalen Steuerung des Optimalsteuerungsproblems sichtbar machen. Die Arbeit schließt mit der Beschreibung einiger alternativer Methoden zur Lösung der Kontrollprobleme, mit denen der Fluch der Dimension überwunden werden kann. KW - Markov-Entscheidungsprozesse KW - Erdwärmespeicher KW - Numerische Simulation KW - Modellreduktion KW - Lyapunov-Balanced-Truncation KW - Markov decision process KW - Geothermal energy storage KW - Numerical simulation KW - Model order reduction KW - Lyapunov balanced truncation KW - Erdwärmespeicher KW - Heizung KW - Markov-Entscheidungsprozess KW - Ordnungsreduktion Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-64502 ER - TY - THES A1 - Trinh, Xuan Manh T1 - A methodological framework for future flood risk assessment in ungauged and data-scarce coastal river catchments in Southeast Asia T1 - Ein methodologisches Modellierungskonzept zur Bewertung des zukünftigen Hochwasserrisikos in Einzugsgebieten von Küstenflüssen ohne ausreichende Messdatenlage in Südostasien N2 - Ungauged and data-scarce coastal river catchments, small and medium-sized ones in particular, are popular worldwide, especially in developing countries in Southeast Asia. In general, coastal river catchments are exposed to various coastal hazards such as fluvial floods, typhoons, and sea-level rise. In addition, climate change and socio-economic development will substantially change global flood risks. However, in scientific research, flood risk and future flood risk assessments in such coastal river catchments have not been significantly considered. Therefore, the overall objective of this thesis is to propose an innovative methodological framework for modeling and evaluating flood risk in such river catchments in the future under the impacts of climate change, sea-level rise, and land-use change based on using numerical models (hydrological models and land-use change models) and remote sensing data (satellite images and precipitation) in combination with other state-of-the-art methods, tools and models, and new approaches, such as flood risk assessment methods, regionalization methods, and statistical downscaling methods. The proposed framework was adopted, applied, and validated successfully for a case study - Tra Bong River Catchment - on the south-central coast of Vietnam as a test application. The main conclusion of this research is that the proposed framework can provide valuable information and projections of changing future flood risk associated with climatic and socio-economic changes in ungauged and data-scarce coastal river catchments. The proposed framework is designed with free model and method choices, meaning that it can apply different methods and tools for each step depending on the natural characteristics of river catchments, data collection, tools, and understanding of models, etc. Finally, this research can be used as a technical reference for designing and building national, regional, or local frameworks/guidelines for assessing future flood risk in ungauged and data-scarce coastal river catchments in Vietnam and other countries in Southeast Asia. N2 - Einzugsgebiete von Küstenflüssen ohne ausreichende Messdatenlage sind weltweit vorzufinden, unter anderem vor allem in den Entwicklungsländern wie in Südostasien in Vietnam, wo sie typisch für die Einzugsgebiete im zentralen Küstenbereich des Landes sind. Im Allgemeinen sind Einzugsgebiete von Küstenflüssen verschiedenartigen Naturgefahren wie z.B. Überschwemmungen durch Flüsse, Auswirkungen von Taifunen oder dem Anstieg des Meeresspiegels ausgesetzt. Darüber hinaus führen der Klimawandel und sozioökonomische Entwicklungen zu erheblichen Veränderungen des Hochwasserrisikos. Allerdings wurde die Bewertung des aktuellen Hochwasserrisikos und der zukünftiger Hochwasserrisiken für derartige Einzugsgebiete von Küstenflüssen mit unzureichender Datenlage aufgrund fehlender Messsysteme in der Forschung bisher nicht ausreichend untersucht. Aus diesem Grund ist das übergeordnete Ziel dieser Arbeit, ein methodologisches Modellierungskonzept für die Modellierung und Bewertung des zukünftigen Hochwasserrisikos in solchen Einzugsgebieten unter Berücksichtigung des Klimawandels, des Meeresspiegelanstiegs und der Landnutzungsänderungen vorzuschlagen. Dabei werden numerische Modelle (hydrologische Modelle und Landnutzungsänderungsmodelle), Fernerkundungsdaten (Satellitenbilder und Niederschlag) in Kombination mit anderen verfügbaren Methoden, Werkzeugen und Modellen sowie neuen Ansätzen wie Hochwasserrisikobewertungsmethoden, Regionalisierungsmethoden und statistischen Downscaling-Methoden berücksichtigt. Das neue methodische Modellierungskonzept wird für eine exemplarische Fallstudie (Tra Bong River Catchment) an der südlichen Zentralküste Vietnams angepasst, angewendet und bewertet. Die Dissertation zeigt als wesentliches Ergebnis, dass das vorgeschlagene methodische Modellierungskonzept in der Lage ist, notwendige Informationen und Projektionen für zukünftige Hochwasserrisiken in Verbindung mit klimatischen und sozioökonomischen Veränderungen in Einzugsgebieten von Küstenflüssen ohne ausreichende Messdatenlage liefern zu können. Das Konzept ist so aufgebaut, dass die spezifischen Modelle und Methoden für die Anwendung frei wählbar sind, d.h. es können für die Modellierungsschritte je nach den spezifischen Merkmalen des Einzugsgebiets andere Methoden und Modellwerkzeuge verwendet werden. Darüber hinaus kann die Arbeit als technische Referenz für den Entwurf und die Erstellung nationaler oder regionaler (Rahmen-) Richtlinien für die Bewertung des zukünftigen Hochwasserrisikos in Einzugsgebieten von Küstenflüssen ohne ausreichende Messdatenlage in Vietnam und anderen Ländern in Südostasien verwendet werden. KW - Methodological framework KW - Numerical models KW - Flood risks KW - Climate change KW - Ungauged catchments KW - Methodologisches Modellierungskonzept KW - Numerische Modelle KW - Hochwasserrisiko KW - Klimawandel KW - Einzugsgebiete ohne Messdaten KW - Mittelvietnam KW - Küstengewässer KW - Klimawandel KW - Hochwasser KW - Datenerhebung KW - Methodologie KW - Modllierung KW - Numerisches Modell Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-64411 ER - TY - THES A1 - Pizzi, Federico T1 - Numerical studies of a fluid-filled precessing cylinder : a framework for the DRESDYN precession experiment T1 - Numerische Untersuchungen eines flüssigkeitsgefüllten präzedierenden Zylinders : ein Rahmen für das DRESDYN-Präzessions-Experiment N2 - Precession driven flows are believed to play a relevant role in planetary dynamics, such as in atmospheric phenomena, and as a complementary energy source for homogeneous dynamo action, i.e. the self-generation of planetary magnetic fields. Precessional motion occurs when a body rotates around an axis, which itself is rotating around another axis. The main influence of this forcing mechanism is a gyroscopic effect on the fluid flow which gives rise to a wavy dynamics even in the laminar regime. If the forcing magnitude is strong enough the flow goes through a series of phenomena such as instabilities, resonant interactions between waves, and transition to turbulence whose occurrence depends on the container shape and the angle between the two axis. Although many phenomena have a satisfactory explanation, others still remain elusive and merit further investigations. The interest in moderate to large forcing is particularly motivated by the need of theoretical supports for the upcoming DRESDYN (DREsden Sodium facility for DYNnamo and thermohydraulic studies) precession experiment, whose main purpose is to test the capability of a precessing fluid system to achieve a dynamo effect. Here, the possibility to generate a magnetic field is connected to the emergence of three large scale structures in the bulk flow: a directly forced standing wave, poloidal vortices, and a geostrophic axisymmetric flow. In this thesis we use numerical simulations to study and understand the flow behavior in a fluid-filled precessing cylinder. We use two types of approaches: a global study to investigate large scale phenomena and the resulting magnetohydrodynamics behavior, and a local model to analyze and unveil the properties of turbulence forced by precession. The bulk flow behavior present different responses with respect to the sense of motion: while prograde precession shows a steep transition to turbulence when increasing the forcing magnitude with a marked breakdown of the directly forced mode, retrograde precession presents a much smoother change. A related distinction has been found also for the dynamo action, which is more likely to occur for perpendicular and retrograde precession. The precession driven turbulence is a complex scenario determined by the coexistence of geostrophic vortices (called also condensates), a typical feature of rotating turbulence prone to an inverse cascade of energy, and small scale 3D waves characterized by a direct energy cascade. We observe the interaction of these two structures as being governed by a clear hierarchy. N2 - Es wird angenommen, dass präzessionsgetriebene Strömungen eine wichtige Rolle in der Planetendynamik spielen, z. B. bei atmosphärischen Phänomenen, und dass sie eine ergänzende Energiequelle für die homogene Dynamowirkung, d. h. die Selbsterzeugung planetarischer Magnetfelder, darstellen. Präzessionsbewegungen treten auf, wenn sich ein Körper um eine Achse dreht, die ihrerseits um eine andere Achse rotiert. Der Haupteinfluss dieses Antriebsmechanismus ist ein gyroskopischer Effekt auf die Fluidströmung, der selbst im laminaren Bereich eine wellenförmige Dynamik hervorruft. Wenn die Antriebsgröße stark genug ist, durchläuft die Strömung eine Reihe von Phänomenen wie Instabilitäten, resonante Wechselwirkungen zwischen Wellen und den Übergang zur Turbulenz, deren Auftreten von der Behälterform und dem Winkel zwischen den beiden Achsen abhängt. Obwohl es für viele Phänomene eine zufriedenstellende Erklärung gibt, sind andere noch immer schwer fassbar und bedürfen weiterer Untersuchungen. Das Interesse an mäßigen bis großen Kräften ist insbesondere durch den Bedarf an theoretischer Unterstützung für das bevorstehende DRESDYN (DREsden Sodium facility for DYNnamo and thermohydraulic studies) Präzessions-Experiment motiviert, dessen Hauptzweck darin besteht, die Fähigkeit eines präzessierenden Fluidsystems zur Erzielung eines Dynamoeffekts zu testen. Hier ist die Möglichkeit, ein Magnetfeld zu erzeugen, mit dem Auftreten von drei großräumigen Strukturen in der Massenströmung verbunden: eine direkt erzwungene stehende Welle, poloidale Wirbel und eine geostrophische achsensymmetrische Strömung. In dieser Arbeit verwenden wir numerische Simulationen, um das Strömungsverhalten in einem flüssigkeitsgefüllten präzessiven Zylinder zu untersuchen und zu verstehen. Wir verwenden zwei Arten von Ansätzen: eine globale Studie, um großräumige Phänomene und das daraus resultierende magnetohydrodynamische Verhalten zu untersuchen, und ein lokales Modell, um die Eigenschaften der durch Präzession erzwungenen Turbulenz zu analysieren und zu enthüllen. Das Verhalten der Massenströmung zeigt je nach Bewegungsrichtung unterschiedliche Reaktionen: Während die prograde Präzession einen steilen Übergang zur Turbulenz zeigt, wenn die Stärke des Antriebs erhöht wird, mit einem deutlichen Zusammenbruch des direkt erzwungenen Modus, zeigt die retrograde Präzession eine viel sanftere Veränderung. Eine ähnliche Unterscheidung wurde auch für die Dynamowirkung gefunden, die bei senkrechter und retrograder Präzession wahrscheinlicher ist. Die präzessionsgetriebene Turbulenz ist ein komplexes Szenario, das durch die Koexistenz von geostrophischen Wirbeln (auch Kondensate genannt), einem typischen Merkmal rotierender Turbulenz, die zu einer inversen Energiekaskade neigt, und kleinräumigen 3D-Wellen, die durch eine direkte Energiekaskade gekennzeichnet sind, bestimmt wird. Wir beobachten, dass die Interaktion dieser beiden Strukturen von einer klaren Hierarchie bestimmt wird. KW - Inertial waves KW - Precession-driven flows KW - Rotating turbulcence KW - Dynamo action KW - Präzessionsgetriebene Strömungen KW - Inertialwellen KW - Dynamo-Aktion KW - Rotierende Turbulenzen KW - Turbulente Strömung KW - Atmosphärische Turbulenz KW - Inertialsystem KW - Dynamotheorie KW - Gyroskop Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-64218 ER - TY - THES A1 - Zhang, Yangwen T1 - Self-sufficient semi-active vibration control of high-rise buildings under wind excitation by moveable double-skin facades T1 - Autarke semi-aktive Schwingungskontrolle von Hochhäusern unter Windanregung durch bewegliche Doppelfassaden N2 - The accelerated urbanization has led to increasing tension on urban land use. In this context, more and more slender high-rise buildings are being built worldwide in pursuit of better economic benefits. However, these structures are susceptible to wind excitation due to their lower first natural frequency. Different passive, semi-active, and active damping systems have been developed to reduce wind-induced structural vibration. Among them, the tuned mass dampers are widely used and proved as a very effective method in practice. However, this system requires a large additional damping mass. This also causes additional reinforcement, which increases the cost and carbon footprint. A huge space near the top story of the building is needed for the installation. In this research, a novel system named distributed-Multiple Tuned Facade Damping (d-MTFD) system is proposed by using specially designed parallel moveable Double-Skin Facade (DSF) outer skin as damping mass. These moveable facade elements can be installed on the upper stories of the high-rise building. Smooth-running guide rail systems are used to achieve the parallel moveability. Multi-objective optimization based on the Genetic Algorithm (GA) is applied to reduce the maximum top floor acceleration (Objective I) and to reduce the maximum facade relative displacement (Objective II) simultaneously. The optimization results for the passive and semi-active systems are presented in the form of the Pareto front. The trade-off between these selected two competing optimization objectives is observed. This approach was first validated in a simulation using a 306 m tall reference building for a wind speed of 13.5 m/s at 10 m above ground level with a return period of 10 years. Acceptable peak accelerations at the top story for hotel use and a maximum facade relative displacement of less than ±0.5 m could be achieved for the benchmark building with the d-MTFD system. For semi-active control, the variable damping coefficient can be achieved by using stepper motors in generator mode. The electrical damping coefficient can be continuously adjusted by the developed power electronics. In addition, electrical energy can be generated and stored in a battery. A full-scale prototype with one parallel moveable facade element was built. Based on the prototype, the functionality of the semi-active control using a stepper motor and its energy harvesting performance was tested by applying Hardware-in-the-Loop (HiL) simulations. Greybox system identification was used to estimate some parameters (spring stiffness, friction, etc.) in the connection. The accurate system identification results ensure further validation using HiL simulations. The HiL simulations successfully demonstrated the feasibility of a self-powered semi-active d-MTFD system. N2 - In Metropolen ist die Flächennutzung aufgrund der Urbanisierung eingeschränkt, was den Bau von schlanken Hochhäusern weltweit gefördert hat. Jedoch sind sie anfällig für dynamische Windlasten. Um dies zu bekämpfen, wurden passive, semi-aktive und aktive Dämpfungssysteme entwickelt, wobei sich abgestimmte Massendämpfer als sehr wirksam erwiesen haben. Dieses System erfordert jedoch eine große zusätzliche Dämpfungsmasse. Dies führt auch zu einer zusätzlichen Verstärkung des Tragwerks, was die Kosten und den CO2-Fußabdruck erhöht. Für die Installation wird ein großer Raum in den obersten Stockwerken des Gebäudes benötigt. In dieser Arbeit wird ein innovatives System mit der Bezeichnung "distributed-Multiple Tuned Facade Damping (d-MTFD) System" vorgestellt, bei dem eine speziell entwickelte, parallel bewegliche Außenhaut der Doppelfassade (DSF) als Dämpfungsmasse verwendet wird. Diese beweglichen Fassadenelemente können in den oberen Stockwerken des Hochhauses installiert werden. Um die parallele Verschiebbarkeit zu erreichen, werden leichtgängige Führungsschienensysteme eingesetzt. Eine multikriterielle Optimierung mittels des genetischen Algorithmus (GA) wird angewandt, um gleichzeitig die maximale Beschleunigung im obersten Stockwerk (Ziel I) und die maximale Verschiebung zwischen der Primarstruktur und der beweglichen Außenhaut (Ziel II) zu reduzieren. Die Optimierungsergebnisse für die passiven und semiaktiven Systeme werden in Form der Pareto- Front dargestellt. Der Kompromiss zwischen diesen beiden ausgewählten konkurrierenden Optimierungszielen wird beobachtet. Dieser Ansatz wurde zunächst in einer Simulation mit einem 306 m hohen Referenzgebäude für eine Windgeschwindigkeit von 13,5 m/s in 10 m Höhe über Grund mit einer Wiederkehrperiode von 10 Jahren validiert. Mit dem d-MTFD System konnten für das Referenzgebäude akzeptable Spitzenbeschleunigungen im obersten Stockwerk für die Hotelnutzung und eine maximale Fassaden-Relativverschiebung von weniger als ±0, 5 m erreicht werden. Bei der semiaktiven Regelung kann der variable Dämpfungskoeffizient durch den Einsatz von Schrittmotoren im Generatorbetrieb erreicht werden. Der elektrische Dämpfungskoeffizient kann durch die entwickelte Leistungselektronik stufenlos eingestellt werden. Darüber hinaus kann elektrische Energie erzeugt und in einer Batterie gespeichert werden. Ein maßstäblicher Prototyp mit einem parallel beweglichen Fassadenelement wurde gebaut. Anhand des Prototyps wurden die Funktionalität der semiaktiven Regelung unter Verwendung eines Schrittmotors und die Leistung der Energiegewinnung mittels Hardware-in-the-Loop (HiL)-Simulationen getestet. Die Grey-Box-Systemidentifikation wird zur Schätzung der Parameter (Federsteifigkeit, Reibung, usw.) in der Verbindung verwendet. Die genauen Ergebnisse eine weitere Validierung durch HiL-Simulationen. Die HiL-Simulationen haben erfolgreich die Machbarkeit eines autarken semiaktiven d-MTFD Systems demonstriert. T3 - Schriftenreihe Hybride Konstruktionen - Massivbau - 15 KW - Energy harvesting KW - Energiegewinnung KW - Distributed-Multiple Tuned Facade Damping system KW - d-MTFD KW - Hardware-in-the-Loop simulation KW - HiL KW - System identification KW - Systemidentifikation KW - Semi-active vibration control KW - Semi-aktive Schwingungskontrolle KW - Hochhaus KW - Schlankes Bauwerk KW - Doppelte Fassade KW - Schwingungsdämpfung KW - Windlast KW - Mehrkriterielle Optimierung KW - Hardware-in-the-loop KW - Genetischer Algorithmus KW - Energieerzeugung KW - Prototyp Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-63811 SN - 2569-2798 ER - TY - THES A1 - Rakhi, T1 - Stochastic modeling of the turbulent boundary layer T1 - Stochastische Modellierung der turbulenten Grenzschicht N2 - The incompressible temporally developing turbulent boundary layer (TBL) and spatially developing turbulent boundary layer (SBL) with and without blowing is analyzed using the map-based stochastic one-dimensional turbulence (ODT) model. An understanding of these idealized flows is of fundamental relevance for boundary layer-type problems, which are frequently encountered in several applications, from atmospheric sciences to engineering. In the ODT model, the flow variables are resolved on all scales along a wall-normal, 1-D domain. These variables are evolved by a deterministic process representing molecular diffusion and by a stochastic process modeling the effect of turbulent advection and pressure fluctuations. Due to the reduction in dimensionality, the model is particularly appropriate for high Reynolds number flow. It is shown that the ODT model is able to capture salient features of the turbulent boundary layer-type flows by comparing the results with various available reference direct numerical simulation (DNS), large eddy simulation (LES) and experimental results. The comparison is presented for the mean velocity profiles, turbulent velocity fluctuation profiles (up to fourth order), the skin friction coefficient and shape factor for different bulk (Reb) and momentum Reynolds numbers (Reθ) using fixed model parameters. The influence of the model parameters is also discussed for various momentum Reynolds numbers for each investigated flow configuration. The results discussed in this thesis suggest that the ODT model is an economical and reasonably accurate approach for the simulation of turbulent boundary layer flows. N2 - Die inkompressible sich zeitlich entwickelnde turbulente Grenzschicht (TBL) und die sich räumlich entwickelnde turbulente Grenzschicht (SBL) ohne Ausblasen und mit gleichmäßigem Ausblasen werden mit dem abbildungsbasierten stochastischen eindimensionalen Turbulenzmodell (ODT) analysiert. Das Verständnis dieser idealisierten Strömung ist von grundlegender Bedeutung für turbulente Grenzschichtströmungen, die in verschiedenen Anwendungen, von den Atmosphärenwissenschaften bis hin zu den Ingenieurwissenschaften, häufig anzutreffen sind. Die Strömungsvariablen werden in den vorliegenden ODT-Simulationen auf allen Skalen entlang eines wandnormalen 1-DRechengebietes aufgelöst. Diese Variablen werden durch einen deterministischen Prozess, der die molekulare Diffusion repräsentiert, und einen stochastischen Prozess entwickelt, der die Wirkung von turbulenten Advektionsund Druckschwankungen modelliert. Das Modell eignet sich aufgrund der reduzierten Dimensionalität besonders für hohe Reynoldszahlen. Es wird gezeigt, dass das ODT-Modell in der Lage ist, die wesentlichen Merkmale der turbulenten Grenzschichtströmungen zu erfassen, indem es die mittleren Geschwindigkeitsprofile, die turbulenten Geschwindigkeitsschwankungsprofile (bis zur vierten Ordnung), den Mantelreibungskoeffizienten und den Formfaktor mit verschiedenen verfügbaren direkten numerischen Referenzsimulationen (DNS) und Grobstruktursimulationen (LES) vergleicht, die Ergebnisse für verschiedene Bulk- (Reb) und Momentum-Reynoldszahlen (Reθ) unter Verwendung fester Modellparameter. Der Einfluss der Modellparameter wird ebenfalls für die betrachteten Momentum-Reynoldszahlen und für die untersuchten Strömungskonfigurationen diskutiert. Die in dieser Arbeit gezeigten Ergebnisse deuten darauf hin, dass das ODT-Modell ein wirtschaftlicher und akkurater Ansatz für die Simulation von turbulenten Grenzschichtströmungen ist. KW - Turbulent flow KW - Turbulent boundary layer KW - Stochastic modeling KW - One-dimensional turbulence KW - Turbulente Strömung KW - Turbulente Grenzschicht KW - Stochastische Modellierung KW - Eindimensionale Turbulenz KW - Turbulente Strömung KW - Turbulente Grenzschicht KW - Statistisches Modell Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-64162 ER - TY - JOUR A1 - Otto, Pascal A1 - Alipoursarbani, Mozhdeh A1 - Torrent, Daniel A1 - Latorre-Pérez, Adriel A1 - Paust, Thomas A1 - Albert, Alfred A1 - Abendroth, Christian T1 - Microbiome characterization after aerobic digestate reactivation of anaerobically digested sewage sludge T1 - Mikrobiomcharakterisierung nach aerober Gärrestreaktivierung von anaerob vergärtem Klärschlamm N2 - A demonstrator plant of a recently patented process for improved sludge degradation has been implemented on a municipal scale. In a 1500 m3 sewage sludge digester, an intermediary stage with aerobic sewage sludge reactivation was implemented. This oxic activation increased the biogas yield by up to 55% with a 25% reduction of the remaining fermentation residue volume. Furthermore, this process allowed an NH4-N removal of over 90%. Additionally, 16S rRNA gene amplicon high-throughput sequencing of the reactivated digestate showed a reduced number of methane-forming archaea compared to the main digester. Multiple ammonium-oxidizing bacteria were detected. This includes multiple genera belonging to the family Chitinophagaceae (the highest values reached 18.8% of the DNA sequences) as well as a small amount of the genus Candidatus nitrosoglobus (<0.3%). In summary, the process described here provides an economically viable method to eliminate nitrogen from sewage sludge while achieving higher biogas yields and fewer potential pathogens in the residuals. N2 - Eine Demonstrationsanlage eines kürzlich patentierten Verfahrens zur verbesserten Schlammzersetzung wurde im kommunalen Maßstab umgesetzt. In einem 1500 m3 Klärschlammfaulbehälter wurde eine Zwischenstufe mit aerober Klärschlammreaktivierung implementiert. Diese oxische Aktivierung steigerte die Biogasausbeute um bis zu 55 % bei einer Reduzierung des verbleibenden Gärrestvolumens um 25 %. Darüber hinaus ermöglichte dieser Prozess eine NH4-N-Entfernung von über 90 %. Weiterhin zeigte die 16S-rRNA-Gen-Amplikon-Hochdurchsatzsequenzierung des reaktivierten Gärrestes eine geringere Anzahl methanbildender Archaeen im Vergleich zum Hauptfermenter. Es wurden mehrere Ammonium-oxidierende Bakterien nachgewiesen. Dazu gehören mehrere Gattungen der Familie Chitinophagaceae (die höchsten Werte erreichten 18,8 % der DNA-Sequenzen) sowie eine kleine Menge der Gattung Candidatus nitrosoglobus (<0,3 %). Zusammenfassend stellt das hier beschriebene Verfahren eine wirtschaftlich sinnvolle Methode dar, um Stickstoff aus Klärschlamm zu eliminieren und gleichzeitig höhere Biogasausbeuten und weniger potenzielle Krankheitserreger in den Reststoffen zu erzielen. KW - Anaerobic digestion KW - Anaerobic microbiomes KW - Aerobic sludge activation KW - 16S rRNA sequencing KW - Water treatment KW - Belebtschlammverfahren KW - Schlammfaulung KW - Mikroorganismus KW - Gärung KW - Biogas KW - Stickstoff-Elimination KW - Anaerobe Vergärung KW - Anaerobe Mikrobiome KW - Aerobe Schlammaktivierung KW - 16S-rRNA-Sequenzierung KW - Wasserversorgung Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.3390/fermentation9050471 SN - 2311-5637 VL - 9 IS - 5 PB - MDPI CY - Basel ER -