TY - CHAP ED - Schwarz, Harald ED - Janik, Przemyslaw ED - Gono, Radomir ED - Lehmann, Dirk T1 - 19th EEEIC International Conference on Environment and Electrical Engineering – Student Edition : Cottbus-Ostrava-Wrocław, June 2020 N2 - In the time of increased awareness about the environment problems by the public opinion and also intensive international efforts to reduce emissions of greenhouse gases, as well increase of the generation of electrical energy to facilitate industrial growth, the conference offers broad contribution towards achieving the goals of diversification and sustainable development. Focus of the student conference is to promote the discussion of views from scientists and students from Wroclaw University of Technology, Technical University of Ostrava and Brandenburg University of Technology Cottbus-Senftenberg. The conference offers prominent academics and industrial practitioners from all over the world the forum for discussion about the future of electrical energy and environmental issues and presents a base for identifying directions for continuation of research. KW - Energy resources KW - Energy system transformation KW - Elektrische Energie KW - Energietechnik KW - Energievorrat KW - Umweltbezogenes Management KW - Environmental management KW - Power quality KW - Energiequalität KW - Energieressourcen KW - Energietechnik KW - Energiewende KW - Umweltmanagement Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-57157 ER - TY - CHAP ED - Schwarz, Harald ED - Janik, Przemysław ED - Gono, Radomir ED - Lehmann, Dirk T1 - 19th EEEIC International Conference on Environment and Electrical Engineering – Student Edition : Cottbus-Ostrava-Wrocław, June 2020 N2 - In the time of increased awareness about the environment problems by the public opinion and also intensive international efforts to reduce emissions of greenhouse gases, as well increase of the generation of electrical energy to facilitate industrial growth, the conference offers broad contribution towards achieving the goals of diversification and sustainable development. Focus of the student conference is to promote the discussion of views from scientists and students from Wroclaw University of Technology, Technical University of Ostrava and Brandenburg University of Technology Cottbus-Senftenberg. The conference offers prominent academics and industrial practitioners from all over the world the forum for discussion about the future of electrical energy and environmental issues and presents a base for identifying directions for continuation of research. KW - Energy resources KW - Environmental management KW - Power quality KW - Energy system transformation KW - Energieressourcen KW - Energiewende KW - Umweltmanagement KW - Energietechnik KW - Energiequalität KW - Elektrische Energie KW - Energietechnik KW - Energievorrat KW - Umweltbezogenes Management Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-52154 SN - 978-3-940471-55-0 ER - TY - THES A1 - Apte, Anisha T1 - A new analytical design method of ultra-low-noise voltage controlled VHF crystal oscillators and it’s validation T1 - Eine neue analytische Entwurfsmethode für spannungsgesteuerte UKW-Quarzoszillatoren mit extrem geringem Rauschen und ihre Validierung N2 - The design of high Q oscillators, using Crystals at lower frequencies, (and dielectric resonators at much higher frequencies), has long been considered a black art. This may be due to the fact that a systematic approach with optimized design guideline for crystal oscillators could not be found after extensive literature search. In this dissertation, after analyzing the first crystal oscillator by W.G. Cady (1921), other high performance crystal oscillators will be discussed, analyzed and calculated. A single transistor crystal oscillator design as used by HP (Hewlett Packard) in one of their designs, the HP10811A is considered in this thesis for mathematical analysis and CAD (Computer aided Design) simulation. This was also measured on state-of-the-art signal source analyzer. After validation, this design is scaled to 100MHz, the frequency of interest for this dissertation. Though most designers use a single transistor based oscillator circuit, it is not an optimized design because of limited control over key design parameters such as loop gain, dc current etc. This dissertation is an attempt to overcome the limitation due to the single transistor circuit and to give a step by step procedure, explaining the significance of a two transistor design with thorough analysis and design simulation results. This two stage transistor circuit is also not yet a best solution in terms of phase noise performance and output power, and some add-on circuitry will be needed for an optimized performance. An important contribution of this work is to show that since the voltage gain is the ratio of the collector resistor and the emitter resistor, the performance is practically independent of the VHF transistor and gives better control over various parameters of the oscillator, in order to optimize the design. A grounded-base amplifier is then introduced and added for improving the isolation and the output power. Unlike most oscillators, that take the output from the collector, a novel concept introduced by Rohde [14], is incorporated here, where the crystal is used as a filter that is then connected to the grounded base amplifier, a technique which many companies have been using. This dissertation will show that this technique increases the output power without significantly affecting the phase noise. Such a validation is needed for better understanding and as per my knowledge, has not been done so far. For the oscillator, the tuning diode sensitivity and flicker noise contribution are also taken into consideration, by calibrating the mathematics and its validation is shown. Crystal resonators of the type AT and stress-compensated (SC) cut devices will be considered as they give the best performance. The one port Colpitts type oscillator is considered first and the two port two transistor design later. Both will need a post amplifier/buffer stage. A complete step by step design procedure for an optimized 100MHz crystal oscillator is then presented. For completeness, CAD Simulation and Experimental results are provided for 10 MHz, 128 MHz and 155 MHz VCO circuits. N2 - Die Entwicklung von Oszillatoren mit Resonatoren hoher Güte unter Verwendung von Schwingquarzen für niedrigeren Frequenzen (ebenso wie von dielektrischen Resonatoren bei viel höheren Frequenzen) wurde lange Zeit als schwarze Kunst angesehen. Dies kann daran liegen, dass ein systematischer Ansatz mit optimierter Entwurfsrichtlinien für ersten Quarz-Oszillators trotz umfangreicher Literaturrecherche nicht gefunden werden konnte. In dieser Dissertation werden nach der Analyse des ersten bekannten Quarz-Oszillators von W. G. Cady (1921) andere Hochleistung Quarz-Oszillators diskutiert, analysiert und berechnet. Der HP10811A ist ein Einzeltransistor-Quarz-Oszillator, wie von HP (Hewlett Packard) in einem ihrer Designs verwendet. In dieser Arbeit wird die die Schaltung mathematisch und mithilfe von Computer Aided Design Simulation (CAD) analysiert . Die Schaltung wurde auch mit einem Signalquellenanalysator nach dem neuesten Stand der Technik gemessen. Nach der Bestätigung der Daten wird dieses Design auf 100 MHz skaliert, die Frequenz, die für diese Dissertation von Interesse ist. Obwohl die meisten Entwickler eine Oszillatorschaltung auf Einzeltransistorbasis verwenden, handelt es sich nicht um ein optimiertes Design, da die Kontrolle über wichtige Designparameter wie Schleifenverstärkung, Gleichstrom usw. begrenzt ist. Diese Dissertation präsentiert einen Ansatz, die Einschränkung aufgrund der Einzeltransistorschaltung zu überwinden und zeigt eine schrittweise Vorgehensweise, in der die Bedeutung eines Zwei-Transistor-Entwurfs mit gründlichen Analyse- und Entwurfssimulationsergebnissen erläutert wird. Diese zweistufige Transistorschaltung ist jedoch noch nicht die optimale Lösung hinsichtlich des Phasenrauschens und der Ausgangsleistung, und für eine optimierte Leistung wird eine zusätzliche Schaltungen benötigt. Ein wichtiger Beitrag dieser Arbeit ist es zu zeigen, dass das Oszillator-Design durch eine Schaltungstopologie optimiert werden kann, bei der die Schleifen-Spannungsverstärkung durch das Verhältnis des Kollektorwiderstands zum Emitterwiderstand festgelegt ist. Dadurch werden die die Schaltung bestimmenden Parameter praktisch unabhängig vom VHF-Transistor, was eine bessere Kontrolle der Parameter des Oszillators ermöglicht. In der mathematischen Analyse des Oszillator werden auch die Empfindlichkeit der Abstimmdiode und der Beitrag des Flicker-Rauschens berücksichtigt und die Genauigkeit der Schaltungsberechnung verifiziert. Quarz-Resonatoren mit AT Schnitt und stressskompensierte (SC) Schnitte werden als die beste Lösung angesehen. Der Oszillator vom Colpitts-Typ mit einem “Tor” wird zuerst betrachtet und der Transistor mit zwei “Toren” später. Beide benötigen eine Nachverstärker- bzw. Pufferstufe. Anschließend wird ein vollständiges schrittweises Entwurfsverfahren für einen optimierten 100-MHz-Quarzoszillator vorgestellt. Der Vollständigkeit halber werden CAD-Simulations- und Versuchsergebnisse für 10-MHz-, 128-MHz- und 155-MHz-VCO-Schaltungen bereitgestellt. Abschließend wird ein Nachverstärker in Basisschaltung eingeführt, um die Isolation und die Ausgangsleistung zu verbessern. Im Gegensatz zu den meisten Oszillatoren, die den Ausgang vom Kollektor beziehen, wird hier ein innovatives Konzept von Rohde [14] benutzt, bei dem der Quarzresonator als Filter und Resonator verwendet wird, bevor es durch den Nachverstärker ausgekoppelt wird. Diese Technik wurde inzwischen von vielen Herstellern übernommen. Diese Dissertation zeigt, dass diese Schaltungstechnik die Ausgangsleistung erhöht, ohne das Phasenrauschen wesentlich zu beeinflussen. Dieser Nachweis ist zum besseren Verständnis erforderlich und wurde meines Wissens bisher noch nicht erbracht. KW - Quartz crystal KW - Crystal oscillator KW - Phase noise KW - Reference source KW - Voltage controlled KW - Quarzkristall KW - Kristalloszillator KW - Phasenrauschen KW - Referenzquelle KW - Spannungsgesteuert KW - Quarzoszillator KW - UKW KW - CAD Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-51386 ER - TY - RPRT A1 - Ocloo, Valentina E. A1 - Fügenschuh, Armin A1 - Pamen, Olivier M. ED - Fügenschuh, Armin T1 - A new mathematical model for a 3D container packing problem N2 - Wir betrachten das Problem der Einzelcontainerpackung eines Unternehmens, das seine Kunden bedienen muss, indem es zuerst die Produkte in Kartons legt und diese dann in einen Container lädt. Für dieses Problem entwickeln und lösen wir ein lineares gemischt-ganzzahliges Modell. Unser Modell berücksichtigt geometrische Randbedingungen, beispielsweise Überlappungsverbote, Orientierungs-Bedingungen und Randbedingungen für die relative Positionierung der Kartons. Wir betrachten auch die Erweiterung des Modells durch die Integration der Schwerpunktsabweichung der Packung vom Containermittelpunkt. Das Modell wurde an einer großen Anzahl von realen Instanzen getestet, die bis zu 41 Kartons enthalten. In den meisten Fällen wurden optimale Lösungen erzielt bzw. nah-optimale Lösungen mit beweisbar kleiner Optimalitätslücke. N2 - We address the single container packing problem of a company that has to serve its customers by first placing the products in boxes and then loading the boxes into a container. We approach the problem by developing and solving mixed-integer linear models. Our models consider geometric constraints that feature non-overlapping constraints, box orientation constraints, dimensionality constraints, relative packing position constraints, and linearity constraints. We also develop an extension of the models by integrating load balance and the deviation of the center of gravity. We tested the models on a broad set of real instances involving up to 41 boxes and obtained optimal solutions in most cases and very small gaps when optimality could not be proven. T3 - Cottbus Mathematical Preprints - 12, 2020 KW - Container packing problem KW - Mixed-integer programming KW - Box orientation KW - Non-overlapping KW - Center of gravity deviation KW - Optimierungsproblem KW - Container KW - Lineare Optimierung KW - Logistik Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-50880 SN - 2627-6100 ER - TY - THES A1 - Seserman, Diana-Maria T1 - An empirical and simulation-based assessment of tree growth in temperate alley-cropping systems T1 - Eine empirische und simulationsbasierte Bewertung des Baumwachstums in gemäßigten Alley-Cropping Systemen N2 - The potential of biomass generated from dedicated energy crops, used in short-rotation coppices (SRC), progressively grows recognition as a flexible primary source for the generation of energy, heat, fuel, and bio-based materials and chemicals. The alley-cropping systems (ACSs), which can integrate tree strips managed as SRC into agriculturally managed fields, are often regarded as an adaptable multi-crop land-use strategy that can provide ecological and economic benefits. The research aim of the present dissertation has focused on investigating the prospective implications of different site-specific conditions and scenarios on tree growth in ACSs with SRC, thus incorporating several experimental and simulation-based studies. For this, the ability of a process-oriented, eco-physiological tree growth model was investigated in order to (i) impute missing empirical data, thus securing a reliable repository of tree growth characteristics, (ii) simulate the tree growth in terms of woody biomass production in strong relation to the interactions with adjacent crops and their respective resource capture, (iii) predict and evaluate the tree growth sensitivity to prospective climate changes, thus performing risk assessments for the near and distant future, and (iv) derive and assess the land equivalent ratio (LER) and gross energy yield for different climatic, soil, and management scenarios. The findings have corroborated the potential tree growth vulnerability to prospective climatic changes, particularly to changes in water availability, and have underlined the importance of coping management strategies in SRC for forthcoming risk assessments and adaptation scenarios. Both LER and gross energy yields had resulted in a convex curve where the maximum values were achieved when either the tree or crop component was dominant (>75% of the land area) and minimum when these components shared similar proportions of land area. Collectively, the implications of different site-specific conditions and scenarios on tree growth in ACSs with SRC have been investigated in order to improve the decision-making, optimization, and adaptation of such systems. Last but not least, this dissertation has emphasized the considerable potential of modelling approaches in ACSs, as they can impute missing data from scarce available data and simulate tree and crop yields for specific site-conditions in a non-intrusive, inexpensive, and prompt way while supporting early site-setup planning. N2 - Das Potenzial von Biomasse, die aus speziellen Energiepflanzen, wie sie in Kurzumtriebsplantagen (KUP) verwendet werden, wird zunehmend als flexible Primärquelle für biobasierte Materialien und Chemikalien, sowie für die Erzeugung von Energie, Wärme, und Kraftstoff anerkannt. Alley-Cropping-Systeme (ACSs), die Baumstreifen zum Beispiel als KUP in landwirtschaftlich genutzte Flächen integrieren können, werden oft als anpassungsfähige Multi-Crop-Flächennutzungsstrategie angesehen, welche ökologische und wirtschaftliche Vorteile bringen kann. Die vorliegende Dissertation hat sich auf die Untersuchung der prospektiven Auswirkungen verschiedener standortspezifischer Bedingungen und Szenarien auf das Baumwachstum in ACSs mit KUP konzentriert. Für diesen Zweck wurden mehrere experimentelle und simulationsbasierte Studien angefertigt. Dazu wurde die Anwendbarkeit eines prozessorientierten, ökophysiologischen Baumwachstumsmodells auf die folgenden hin zu untersuchen: (i) Ermittlung fehlender empirischer Daten für die Schaffung eines zuverlässigen Datenbestandes von Baumwachstumsmerkmalen; (ii) Simulation des Baumwachstums bzw. die Produktion von holzartiger Biomasse in Zusammenhang mit den Wechselwirkungen zwischen benachbarten Ackerkulturen und deren jeweiliger Ressourcennutzung; (iii) Vorhersage und Bewertung der Empfindlichkeit des Baumwachstums gegenüber zukünftigen Klimaänderungen, und die Durchführung von Risikobewertungen für die nahe und ferne Zukunft; (iv) Ableitung und Bewertung des Flächenäquivalenzverhältnisses und des Bruttoenergieertrages von ACSs für verschiedene Klima-, Boden- und Managementszenarien. Die Ergebnisse der Studie haben die potenzielle Anfälligkeit des Baumwachstums für künftige klimatische Veränderungen, insbesondere hinsichtlich der Entwicklung der Wasserverfügbarkeit, bestätigt. Des Weiteren wurde die Bedeutung von Bewältigungsstrategien in KUP für bevorstehende Risikobewertungen und Anpassungsszenarien durch die Studie hervorgehoben. Sowohl das Flächenäquivalenzverhältnis als auch die Brutto-Energieerträge führten zu einer konvexen Kurve, bei der die Maximalwerte erreicht wurden, wenn entweder die Baum- oder die Pflanzenkomponente dominant war (>75% der Landfläche). Die Minimalwerte wurden erreicht, wenn beide Komponenten ähnliche Anteile der Landfläche hatten. Zusammenfassend wurden die Auswirkungen verschiedener standortspezifischer Bedingungen und Szenarien auf das Baumwachstum in ACSs mit KUP untersucht, um die Entscheidungsfindung zu erleichtern, sowie die Optimierung und Adaptierung solcher Systeme zu verbessern. Abschließend, unterstrich diese Dissertation das erhebliche Potenzial von Modellierungsansätzen in ACSs, da sie fehlende Informationen aus wenigen verfügbaren Daten implizieren, und Baum- und Ernteerträge für bestimmte Standortbedingungen auf eine nicht intrusive, kostengünstige und schnelle Art und Weise simulieren können, und gleichzeitig eine frühzeitige Planung des Standortaufbaus unterstützen. KW - Agroforestry KW - Land-use efficiency KW - Biomass KW - Statistics KW - Yield-SAFE KW - Agroforstwirtschaft KW - Biomasse KW - Effizienz der Landnutzung KW - Statistik KW - Alley cropping KW - Pflanzlicher Rohstoff KW - Ressourceneffizienz KW - Pflanzenwachstum KW - Modell Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-51038 ER - TY - THES A1 - Al-zagameem, Abla T1 - Antioxidant and antimicrobial properties of lignin and lignin-based composites for active food packaging applications T1 - Antioxidative und antimikrobielle Eigenschaften von Lignin und Lignin-basierten Verbundwerkstoffen für aktive Lebensmittelverpackungsanwendungen N2 - Due to the use of fossil fuel resources, many environmental problems have been increasingly growing. Thus, the recent research focuses on the use of environment friendly materials from sustainable feedstocks for future fuels, chemicals, fibers and polymers. Lignocellulosic biomass has become the raw material of choice for these new materials. Recently, the research has focused on using lignin as a substitute material in many industrial applications. The antiradical and antimicrobial activity of lignin and lignin-based films are both of great interest for applications such as food packaging additives. DPPH assay was used to determine the antioxidant activity of Kraft lignin compared to Organosolv lignins from different biomasses. The purification procedure of Kraft lignin showed that double-fold selective extraction is the most efficient confirmed by UV-Vis, FTIR, HSQC, 31PNMR, SEC, and XRD. The antioxidant capacity was discussed regarding the biomass source, pulping process, and degree of purification. Lignin obtained from industrial black liquor are compared with beech wood samples: Biomass source influences the DPPH inhibition (softwood > grass) and the TPC (softwood < grass). DPPH inhibition affected by the polarity of the extraction solvent. Following the trend: ethanol > diethylether > acetone. Reduced polydispersity has positive influence on the DPPH inhibition. Storage decreased the DPPH inhibition but increased the TPC values. The DPPH assay was also used to discuss the antiradical activity of HPMC/lignin and HPMC/lignin/chitosan films. In both binary (HPMC/lignin) and ternary (HPMC/lignin/chitosan) systems the 5% addition showed the highest activity and the highest addition had the lowest. Both scavenging activity and antimicrobial activity are dependent on the biomass source; Organosolv of softwood > Kraft of softwood > Organosolv of grass. Lignins and lignin-containing films showed high antimicrobial activities against Gram-positive and Gram-negative bacteria at 35 °C and at low temperatures (0-7 °C). Purification of Kraft lignin has a negative effect on the antimicrobial activity while storage has positive effect. The lignin leaching in the produced films affected the activity positively and the chitosan addition enhances the activity for both Gram-positive and Gram-negative bacteria. Testing the films against food spoilage bacteria that grow at low temperatures revealed the activity of the 30% addition on HPMC/L1 film against both B. thermosphacta and P. fluorescens while L5 was active only against B. thermosphacta. In HPMC/lignin/chitosan films, the 5% addition exhibited activity against both food spoilage bacteria. N2 - Aufgrund der Nutzung fossiler Brennstoffe in jedem Sektor unseres Lebens haben viele Umweltprobleme zugenommen. Die jüngste Forschung konzentriert sich daher auf den Einsatz umweltfreundlicher Materialien aus nachhaltigen Rohstoffen für zukünftige Kraftstoffe, Chemikalien, Fasern und Polymere. Lignocellulose-Biomasse ist zum Rohstoff der Wahl für diese neuen Materialien geworden. In jüngster Zeit hat sich die Forschung auf die Verwendung von Lignin als Ersatzmaterial in vielen industriellen Anwendungen konzentriert. Die antioxidative und antimikrobielle Aktivität von Lignin- und Lignin-basierten Folien ist für Anwendungen Als Additiv in Lebensmittelverpackungen von großem Interesse. Der DPPH-Assay wurde verwendet, um die antioxidative Aktivität von Kraft-Lignin im Vergleich zu Organosolv-Lignin verschiedener Biomassen zu bestimmen. Analysen (UV-Vis, FTIR, HSQC, 31PNMR, SEC und XRD) zeigten, dass das Reinigungsverfahren von Kraft-Lignin über zweifache selektive Extraktion am effizientesten ist. Die antioxidative Kapazität wurde bezüglich der Biomassequelle, des Aufschluss-Prozesses und des Reinigungsgrades diskutiert. Lignin aus industrieller Schwarzlauge wird mit Buchenholzproben verglichen: die Biomassequelle beeinflusst die DPPH-Hemmung (Weichholz > Gras) und den Total-Phenol-Content (TPC) (Weichholz < Gras). Zudem wird die DPPH-Hemmung durch die Polarität des Extraktionslösungsmittels beeinflusst, dem Trend folgend: Ethanol > Diethylether > Aceton. Eine reduzierte Polydispersität hat einen positiven Einfluss auf die DPPH-Hemmung. Die Lagerung der Proben verringerte die DPPH-Hemmung, erhöhte jedoch die TPC-Werte. Der DPPH-Assay wurde auch verwendet, um die antioxidative Aktivität von HPMC/Lignin bzw. HPMC/Lignin/Chitosan-Filmen zu diskutieren. Sowohl in binären (HPMC/Lignin) als auch ternären (HPMC/Lignin/Chitosan) Systemen zeigte die 5%-ige Zugabe die höchste Aktivität und die höchste Zugabe den niedrigsten Wert. Sowohl die antioxidative als auch die antimikrobielle Aktivität hängen von der Biomassequelle ab; Organosolv von Weichholz > Kraft von Weichholz > Organosolv von Gras. Lignine und Lignin-haltige Folien zeigten bei 35 °C und bei niedrigen Temperaturen (4-7 °C) eine hohe antimikrobielle Wirkung gegen grampositive und gramnegative Bakterien. Die Reinigung von Kraft-Lignin hat eine negative Wirkung auf die antimikrobielle Aktivität während Lagerung eine positive Wirkung zeigt. Das Auswaschen von Lignin aus den produzierten Filmen wirkte sich positiv auf die Aktivität aus. Der Chitosan-Zusatz verstärkt die Aktivität sowohl für grampositive als auch für gramnegative Bakterien. Die Tests der Filme gegen lebensmittelverderbende Bakterien, die bei niedrigen Temperaturen wachsen, ergaben eine Aktivität im Fall einer 30%-igen Zugabe auf HPMC/L1-Film gegen B. thermosphacta und P. fluorescens, während L5 nur gegen B. thermosphacta aktiv war. In HPMC/Lignin/Chitosan-Filmen zeigte die 5% ige Zugabe Aktivität gegen beide lebensmittelverderbende Bakterien. KW - Lignin KW - Bioactivity KW - Food packaging KW - Lignin KW - Bioaktivität KW - Lebensmittelverpackungen KW - Lignin KW - Bioaktive Verbindung KW - Kunststoffverpackung KW - Antioxidans Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-53024 ER - TY - THES A1 - Medina Mendez, Juan Ali T1 - Application of the One-Dimensional Turbulence model to electrohydrodynamically enhanced internally forced convective flows T1 - Anwendung des One-Dimensional-Turbulence-Modells auf elektrohydrodynamisch beeinflusste Strömungen in erzwungener Konvektion N2 - This thesis is an attempt to assess some of the effects that electroquasistatic body forces exert on turbulent internally forced convective flows. In order to do that, a stochastic turbulence model is employed, namely, the One-Dimensional Turbulence (ODT) model. The reduced dimensionality of ODT demands a reduction of the Navier-Stokes equations (and in this case, also the Maxwell equations), into a 1-D system. This is done by performing an asymptotic analysis in terms of the nondimensional numbers of the flow. Also, a validation step due to the relative novel character of the cylindrical ODT formulation is done for an incompressible and constant properties flow regime and a variable density flow regime. The validation is presented for both the temporal (T-ODT) and a novel spatial (S-ODT) formulation in both planar and cylindrical geometries. Results in the constant property case show that wall normal (and radial) profiles, in both the T-ODT and S-ODT formulations, show good agreement with each other and to the data of Direct Numerical Simulations (DNSs). For the evaluated variable density heated pipe flow, gradients at the wall can be better reproduced with S-ODT. After validating the model, ODT is applied first into a planar configuration which emulates the flow in a wire-plate Electrostatic Precipitator (ESP). For this flow, the additional input energy due to the electroquasistatic body force has an effect on the modification of the bulk velocity, and subsequently, the skin friction coefficient. Some qualitative DNS trends are confirmed with ODT, such as the localized increase of the Reynolds stress, as a consequence of increased eddy activity close to the discharge electrodes. Next, the results of ODT simulations in a cylindrical wire-tube ESP are presented. Here, ODT results are compared to experimental results. ODT results for global integral quantities such as the streamwise pressure gradient and the Nusselt number enhancement ratio are able to match in a reasonable way the experimental results. The competing relevance between the EHD contribution to turbulence by momentum, and by affecting the temperature and density due to the Joule heating effect is also analyzed, showing the leading order relevance of the former one. Specifically for the Nusselt number results, the sensitivity of the EHD flow to transition effects is shown to be very significant. This thesis may open the door to a vast new field of phenomena which can not only serve for the further validation of the ODT model against DNSs or experiments, but also for the real use of ODT in applications which are so far inaccessible for traditional DNSs. N2 - Ziel dieser Dissertation ist die Untersuchung der Effekte von elektroquasistatischen Volumenkräften auf turbulente druckgetriebene Strömungen. Dazu wurde das stochastisch Eindimensionale Turbulenzmodell (ODT) angewendet. Als ein Modell niedriger Ordnung benötigt ODT eine Reduktion der Navier-Stokes-Gleichungen (sowie der Maxwell-Gleichungen hier) zu einem 1-D System. Diese Reduktion erfolgte mittels einer asymptotischen Analyse, welche die Strömung als Funktion von Leading-Order-Effekten entdimensionalisierter Kennzahlen beschreibt. Zusätzlich erfolgte in der Dissertation ein Validierungsschritt aufgrund der kürzlich veröffentlichten Zylinderformulierung für ODT. Zur Validierung wurden inkompressible Strömungen konstanter Fluideigenschaften, sowie Strömungen variabler Dichte betrachtet. Die Validierung stellt Ergebnisse von zeitlich (T-ODT) und räumlich (S-ODT) entiwckelnde ODT-Simulationen für planare und zylindrische Koordinatensysteme vor. Die Ergebnisse zeigen, dass wand-normale (oder radiale) Profile, sowohl in T-ODT und S-ODT, eine gute Übereinstimmung miteinander und mit Daten von Direkten Numerische Simulationen (DNS) aufzeigen. Im Fall der aufgeheizten Rohrströmungen variabler Dichte lassen sich die Gradienten an der Wand mittels S-ODT besser reproduzieren. Nach der Validierung des Modells wurde ODT erstmals auf eine planare Konfiguration, welche die Strömung einer Plattenelektroabscheider simuliert, angewendet. Der zusätzliche Energiebeitrag, der von der elektroquasistatischen Volumenkraft geliefert wird, hat einen Effekt auf die Bulk-Geschwindigkeit, sowie auf den Reibungsbeiwert. Einige Trends der DNS lassen sich mit ODT bestätigen, z.B. der lokalisierte Anstieg der Reynolds'schen Schubspannungen, der aufgrund der erhöhten Wahrscheinlichkeit der Erzeugung turbulenter Wirbel in der Nähe der Sprühelektrode verursacht wird. Im Anschluss werden ODT-Ergebnisse eines zylindrischen Rohrelektroabscheiders vorgestellt. Diese sind in Form von integralen Größen gegen experimentellen Messungen vergliechen, z.B., der Druckgradient in Strömungsrichtung, sowie das Erhöhungsverhältnis der Nusseltzahl. Die von ODT generierten integralen Größen stimmen gut mit experimentellen Messwerten überein. Die Wichtigkeit des EHD-Beitrags zur Turbulenz mittels Impulstransport, sowie dessen Einfluss auf die Temperatur und Dichte gemäß des ersten Jouleschen Gesetzes wurde ebenfalls mit ODT untersucht. Die Ergebnisse zeigen den Effekt führender Ordnung des EHD-Beitrags auf die Turbulenz. Eine große Sensitivität der Nusseltzahl-Ergebnisse bzgl. der Transitionseffekten in EHD-Strömungen konnte parallel nachgewiesen werden. Dank dieser Arbeit lassen sich neue Phänomene mittels numerischer Simulationen untersuchen. Dies dient zur weiteren Validierung des ODT-Modells anhand DNS und Experimenten. Außerdem erlaubt die Dissertation zukünftige Anwendungen von ODT auf Phänomene und Strömungen, die bisher unzugänglich für DNS sind. KW - EHD KW - ODT KW - Forced convection KW - Turbulente Strömung KW - Numerische Strömungssimulation KW - Elektrohydrodynamik KW - Abscheider KW - Turbulenzmodell Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-53388 ER - TY - THES A1 - Büchner, Steffen T1 - Applying the stream-processing paradigm to ultra high-speed communication systems T1 - Anwendung des Strom-Verarbeitungs-Paradigmas auf Ultra-Hoch-Geschwindigkeits-Kommunikationssysteme N2 - In the last 30 years, communication became one of the most important pillars of our civilization. Every day terabytes of information are moved wired and wireless between computers. In order to transport this amount of data, researchers and industry increase the data rates of the underlying communication networks with impressive speed. However, such ultra-high data rates are unavailable at the communication endpoints. One reason why ultra-high data rates are still not available for the communication endpoints is their inability to handle the protocol processing at this data rate. In order to enable communication endpoints to process high-volume data streams, the protocol processing has to be parallelized and optimized on all processing levels. However, parallelization and optimization are cumbersome tasks, which are further complicated as the protocol processing is traditionally carried out by the operating system. This thesis aims at circumventing these problems by moving the protocol processing into external processing hardware and interpreting communication protocols as stream processing problems. In order to achieve ultra-high data rates at the communication endpoints, a protocol stream processing design approach was developed and evaluated. The design process is separated into implementation, soft real-time analysis, parallelization, and mapping steps, which allow a scalable protocol implementation without paradigm changes. Furthermore, a data link protocol for 100 Gbit/s wireless was developed and implemented with the new stream processing design concept, in order to show its feasibility. The data link protocol is configurable for different communication conditions and easy to parallelize by providing different granularities of packets. The proposed design-process has shown to be suitable for uncovering bottlenecks and helping with debugging the individual stages of the protocol. N2 - In den letzten 30 Jahren wurde die ständig verfügbare elektronische Kommunikation zu einer der wichtigsten Säulen unserer Zivilisation. Jeden Tag werden Terabyte an Informationen drahtgebunden und drahtlos zwischen Computern übertragen. Um diese Datenmenge zu transportieren, erhöhen Forscher und Industrie die Datenraten der zugrunde liegenden Kommunikationsnetze mit beeindruckender Geschwindigkeit. Solche ultrahohen Datenraten sind jedoch an den Kommunikationsendpunkten nicht verfügbar. Ein Grund, warum für die Kommunikationsendpunkte immer noch keine extrem hohen Datenraten zur Verfügung stehen, ist die Unfähigkeit, die Protokollverarbeitung mit dieser Datenrate durchzuführen. Damit Kommunikationsendpunkte hochvolumige Datenströme verarbeiten können, muss die Protokollverarbeitung auf allen Verarbeitungsebenen parallelisiert und optimiert werden. Parallelisierung und Optimierung sind jedoch komplizierte und fehleranfällige Aufgaben. Diese Herausforderung wird weiter verstärkt, da die Protokollverarbeitung traditionell im Betriebssystemkern durchgeführt wird. In dieser Arbeit werden diese Herausforderungen gelöst, indem die Protokollverarbeitung in externe Verarbeitungshardware ausgelagert wird und indem Kommunikationsprotokolle als Stream Processing Probleme interpretiert werden. Um ultrahohe Datenraten an den Kommunikationsendpunkten zu erreichen, wurde ein Designansatz für die Verarbeitung von Protokolldatenströmen entwickelt und bewertet. Der Designprozess ist in Implementierungs-, Weiche-Echtzeitanalyse-, Parallelisierungs- und Mapping-Schritte unterteilt, mit welchen eine skalierbare Protokollimplementierung ohne Paradigmenwechsel ermöglicht wird. Darüber hinaus wurde ein Datenverbindungsprotokoll für drahtlose 100 Gbit/s Kommunikation entwickelt und mit dem neuen Stream Processing Designkonzept implementiert, um dessen Leistungsfähigkeit zu demonstrieren. Das Datenverbindungsprotokoll ist für verschiedene Kommunikationsbedingungen konfigurierbar und lässt sich durch unterschiedliche Granularitäten der Pakete leicht parallelisieren. Der vorgeschlagene Entwurfsprozess hat sich als geeignet erwiesen, Verarbeitungsengpässe aufzudecken und bei der Fehlersuche in den einzelnen Phasen der Entwicklung zu helfen. KW - Stream processing KW - Ultra high speed communication systems KW - Communication protocols KW - Wireless communication KW - End2End100 KW - Stromverarbeitung KW - Ultra-Hoch-Geschwindigkeits-Kommunikationssysteme KW - Kommunikationsprotokolle KW - Drahtlose Kommunikation KW - Kommunikationsprotokoll KW - Protokollverarbeitung KW - Hochgeschwindigkeitskommunikation KW - End2End100 Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-52462 ER - TY - RPRT A1 - Gnegel, Fabian A1 - Fügenschuh, Armin ED - Fügenschuh, Armin T1 - Branch-and-refine for solving time-dependent problems T1 - Branch-and-Refine zur Lösung zeitabhängiger Probleme N2 - Einer der Standardansätze zur Lösung zeitabhängiger diskreter Optimierungsprobleme, wie z.B. das Problem des Handlungsreisenden mit Zeitfenstern oder das Kürzeste Wege Problem mit Zeitfenstern, ist die Herleitung einer sogenannten zeitindizierten Formulierung. Wenn dem Problem eine Struktur zu Grunde liegt, die durch einen Graphen beschrieben werden kann, basiert die zeitindizierte Formulierung normalerweise auf einem anderen, erweiterten Graphen, der in der Literatur als zeitexpandierter Graph bezeichnet wird. Der zeitexpandierte Graph kann oft so generiert werden, dass alle Zeitbeschränkungen bereits aufgrund seiner Topologie erfüllt sind und somit Algorithmen für die entsprechende zeitunabhängige Variante angewendet werden können. Der Nachteil dieses Ansatzes ist, dass die Mengen der Ecken und Bögen des zeitexpandierten Graphen viel größer sind als die des ursprünglichen Graphen. In neueren Arbeiten hat sich jedoch gezeigt, dass für viele praktische Anwendungen eine partielle Expandierung des Graphen, die möglicherweise zeitunmögliche Pfade zulässt, oft ausreicht, um eine beweisbar optimale Lösung zu finden. Diese Ansätze verfeinern iterativ den ursprünglichen Graphen und lösen in jeder Iteration eine Relaxierung der zeitexpandierten Formulierung. Wenn die Lösung der aktuellen Relaxation alle Zeitbeschränkungen erfüllt, kann daraus eine optimale Lösung abgeleitet werden, und der Algorithmus terminiert. In dieser Arbeit stellen wir neue Ideen vor, die das Übertragen von Informationen über die optimale Lösung eines gröberen Graphen zu einem verfeinerten Graphen ermöglichen und zeigen, wie diese in Algorithmen verwendet werden können. Genauer gesagt stellen wir einen neuen Algorithmus zur Lösung von MILP-Formulierungen (Mixed Integer Linear Program) von zeitabhängigen Problemen vor, der es ermöglicht, die Graphenverfeinerung während der Untersuchung des Branch-and-Bound Baums durchzuführen, anstatt jedes Mal neu zu starten, wenn die optimale Lösung sich als nicht zulässig herausgestellt hat. Um die praktische Relevanz dieses Algorithmus zu demonstrieren, präsentieren wir Ergebnisse von numerische Experimenten seiner Anwendung auf das Kürzeste Wege Problem mit Zeitfenstern und das Problem des Handlungsreisenden mit Zeitfenstern. N2 - One of the standard approaches for solving time-dependent discrete optimization problems, such as the travelling salesman problem with time-windows or the shortest path problem with time-windows is to derive a so-called time-indexed formulation. If the problem has an underlying structure that can be described by a graph, the time-indexed formulation is usually based on a different, extended graph, commonly referred to as the time-expanded graph. The time-expanded graph can often be derived in such a way that all time constraints are incorporated in its topology, and therefore algorithms for the corresponding time-independent variant become applicable. The downside of this approach is, that the sets of vertices and arcs of the time-expanded graph are much larger than the ones of the original graph. In recent works, however, it has been shown that for many practical applications a partial graph expansion, that might contain time infeasible paths, often suffices to find a proven optimal solution. These approaches, instead, iteratively refine the original graph and solve a relaxation of the time-expanded formulation in each iteration. When the solution of the current relaxation is time feasible an optimal solution can be derived from it and the algorithm terminates. In this work we present new ideas, that allow for the propagation of information about the optimal solution of a coarser graph to a more refined graph and show how these can be used in algorithms, which are based on graph refinement. More precisely we present a new algorithm for solving Mixed Integer Linear Program (MILP) formulations of time-dependent problems that allows for the graph refinement to be carried out during the exploration of the branch-and-bound tree instead of restarting whenever the optimal solution was found to be infeasible. For demonstrating the practical relevance of this algorithm we present numerical results on its application to the shortest path problem with time-windows and the traveling salesman problem with time-windows. T3 - Cottbus Mathematical Preprints - 13, 2020 KW - Graphenverfeinerung KW - Branch-and-Bound KW - Kürzeste Wege Problem mit Zeitfenstern KW - Problem des Handlungsreisenden mit Zeitfenstern KW - Graph refinement KW - Branch-and-bound KW - Shortest path problem with time-windows KW - Travelling salesman problem with time-windows KW - Branch-and-Bound-Methode KW - Kürzester-Weg-Problem KW - Travelling-salesman-Problem Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-51995 SN - 2627-6100 ER - TY - CHAP A1 - Simon, Sylvio ED - Simon, Sylvio ED - Danneberg, Nina T1 - Conference proceedings of the 4th international conference on energy supply and energy efficiency and “5 years NESEFF” T1 - Tagungsberichte der 4. Internationalen Tagung über Energieversorgung und Energieeffizienz und "5 Jahre NESEFF" N2 - Climate change, CO2 reduction, resource efficiency are only 3 current keywords that describe the current industrial-economic situation. In order to influence climate change effectively, the conversion of supply systems with technically usable forms of energy must succeed in the next decade. The international network founded in Baku in 2015 bundles research activities in the broad field of energy supply and energy efficiency. Discuss current research approaches and results with scientists and experts from renowned universities and follow Azerbaijan's efforts to implement the energy revolution. N2 - Klimawandel, CO2 Reduzierung, Ressourceneffizienz sind nur 3 aktuelle Schlagworte, die die gegenwärtige industriell-ökonomische Situation beschreiben. Dabei muss der Umbau der Versorgungssysteme mit technisch nutzbaren Energieformen im nächsten Jahrzehnt erfolgreich gelingen, um die klimatischen Veränderungen wirksam zu beeinflussen. Das im Jahre 2015 in Baku gegründete internationale Netzwerk bündelt die Forschungsaktivitäten auf dem breiten Gebiet von Energieversorgung und Energieeffizienz. Diskutieren sie mit den Wissenschaftlern und Experten aus namhaften Universitäten über aktuelle Forschungsansätze und Ergebnisse und verfolgen sie die Anstrengungen Aserbaidschans, die Energiewende zu realisieren. KW - Rollers KW - Climate change KW - Energy efficiency KW - Energy resources KW - Energy management KW - Tragrollen KW - Energieeffizienz KW - Klimawandel KW - Energieressourcen KW - Energiemanagement KW - Klimawandel KW - Energiemanagement KW - Energieeffizienz KW - Energieversorgung Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-53808 SN - 978-3-940471-59-8 ER -