TY - THES A1 - Blümel, Christian ED - Fügenschuh, Armin T1 - Verfahren für die Berechnung und Abschätzung der Tourenlänge des Handlungsreisendenproblems mit wenigen Orten N2 - Eines der am intensivsten untersuchten Probleme aus dem Bereich der Optimierung stellt das sogenannte Traveling Salesman Problem (TSP, in deutsch: Handlungsreisendenproblem) dar. Die Aufgabe hinter dem Handlungsreisendenproblem besteht darin, für eine gegebene Anzahl an Orten eine Route zu entwickeln, sodass die Gesamtlänge der Route minimal ist. Zudem darf kein Ort, bis auf den ersten, mehrmals besucht werden. Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist es, statistische Untersuchungen bezüglich der Tourlänge des TSP in Abhängig der Anzahl der besuchten Städte vorzunehmen, wobei der Fokus auf einer kleinen Anzahl von Städten liegt. Dazu wurde das Problem einerseits numerisch gelöst und die Verteilung der Lösungen analysiert. Für Teilaspekte wurden analytische Lösungen berechnet. N2 - One of the most intensively studied problems in the area of optimization is the so-called Traveling Salesman Problem (TSP). The task behind the traveling salesman problem is to develop a route for a given number of locations so that the total length of the Route is minimal. Also, no place, except the first one, can be visited several times. The present bachelor thesis aims to carry out statistical investigations regarding the tour length of the TSP in dependence on the number of visited cities, whereby the focus is on a small number of cities. On the one hand, the problem was solved numerically and the distribution of the solutions was analyzed. For some subproblems, analytic solutions were calculated. T3 - Cottbus Mathematical Preprints - 7, 2019 KW - Handlungsreisendenproblem KW - Gemischt-ganzzahlige lineare Optimierung KW - Modellierung KW - Statistik KW - Verteilungsfunktion KW - Distribution function KW - Traveling Salesman Problem KW - Statistics KW - Mixed-integer linear optimization KW - Modeling KW - Ganzzahlige lineare Optimierung KW - Travelling-salesman-Problem KW - Mathematische Modellierung KW - Verteilungsfunktion Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-50291 SN - 2627-6100 ER - TY - THES A1 - Rusumdar, Ahahmad Jhony T1 - Treatment of non-ideality in the multiphase model SPACCIM and investigation of its influence on tropospheric aqueous phase chemistry T1 - Behandlung von nicht-idealen Lösungen im Mehrphasenmodell SPACCIM und Untersuchungen von deren Einfluss auf die troposphärische Flüssigphasenchemie N2 - The troposphere is a complex multiphase and multicomponent environment with simultaneously occurring gas and aqueous phase as well as heterogeneous chemical transformations, which can potentially alter the physico-chemical composition of aerosols. In this multicomponent system, phase transfer processes take place, which can influence the particle and droplet formation as well as particle growth. In the modeling of such multiphase processes it is necessary to consider non-ideal conditions in deliquescent particles. Such, highly concentrated solutions are typical when small amounts of water available in aqueous aerosol particles. The behavior of this non-ideal mixed solvent-electrolyte solutions including inorganic and organic chemistry is not yet described satisfyingly in existing multiphase models. In light of this, a modeling framework has been developed in the context of multiphase air parcel model to treat the kinetic description of phase transfer processes considering complex multiphase chemistry and an extended description of non-ideal solutions for the aqueous phase chemistry by means of activity coefficient models. Activity coefficient models, such as AIOMFAC, mod. LIFAC and Pitzer-ion interaction models were implemented in this work. The current available activity coefficient models developed for electrolyte-organic-water mixtures are evaluated in the first part of the thesis. For that, the model investigations cover a scale, ranging from very simple to complex simulations. The implemented module can use different combinations of mixing rules and activity coefficient models flexibly. In the second part of the thesis, the extended activity coefficient model was implemented in the parcel model framework SPACCIM, in order to investigate the influence of treatment of non-ideality on multiphase chemistry. The effect of considering non-ideal solutions was studied for two different aerosol types (remote, urban) regarding complex multiphase chemistry. The advanced model simulations have shown under which circumstances it is important to consider non-ideal solutions and how they will affect the simulated particle/droplet growth and chemical transformations. The modeled activity coefficients and their pattern, which decides the multiphase chemical transformations, were investigated for inorganic and organic systems. The present results have shown that, the inclusion of the treatment of non-ideality can substantially extend our ability to model complex multiphase chemistry especially in the particle phase. N2 - Die Troposphäre ist ein komplexes Multiphasen- und Mehrkomponentensystem, in dem gleichzeitig chemische Gas- und Flüssigphasenprozesse sowie heterogene chemische Transformationen ablaufen, welche die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Aerosolen verändern können. In diesem Mehrkomponentensystem finden Phasentransferprozesse statt, welche die Partikel- und Wolkentropfenbildung sowie das Partikelwachstum beeinflussen können. Um diese Multiphasenprozesse zu modellieren ist es notwendig nicht-ideale Bedingungen zu berücksichtigen. Für feuchte Partikel, in denen nur geringe Mengen an Wasser zur Verfügung stehen, sind hoch-konzentrierte Lösungen typisch. Die Beschreibung des Verhaltens dieser nicht-idealen Lösungen, welche sich aus einer Mixtur von Lösungsmittel und Elektrolyten zusammensetzen, gemeinsam mit einer Behandlung der anorganischen und organischen Chemie ist derzeit in existierenden Multiphasenmodellen nicht zufriedenstellend. Deshalb wurde hierfür in dieser Arbeit ein Modellansatz entwickelt und im bereits verfügbaren Multiphasenluftpaketmodell SPACCIM implementiert. Das erweiterte Modellsystem enthält neben einer kinetischen Behandlung der Phasentransferprozesse und der komplexen Multiphasenchemie auch eine Beschreibung nicht-idealer Lösungen, welche durch ein Aktivitätskoeffizientenmodul realisiert wird. Hierzu sind im ersten Teil der Arbeit unterschiedliche derzeit verfügbare Aktivitätskoeffizientenmodelle (z. B. AIOMFAC, mod. LIFAC sowie Pitzer-Ionen-Interaktionsmodelle), die für gemischte Elektrolyte-Organik-Wasser Mischungen entwickelt wurden, getestet und evaluiert worden. Dabei wurden sowohl sehr simple als auch komplexe Systeme untersucht. Das implementierte Modul kann verschiedene Kombinationen von Mischungsregeln und Aktivitätskoeffizientenmodellen flexibel nutzen. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde das erweiterte Aktivitätskoeffizientenmodul in das Boxmodell SPACCIM implementiert, um den Einfluss der nicht-Idealität auf die Multiphasenchemie zu untersuchen. Der Effekt der nicht-idealen Lösungen, in Bezug auf komplexe Multiphasenchemie, wurde für zwei verschiedene Umweltszenarien (remote, urban) analysiert. Simulationen mit dem erweiterten Modelsystem haben gezeigt unter welchen Bedingungen Effekte von nicht-idealen Lösungen zu berücksichtigen sind und wie sie das modellierte Partikel-/Wolkentropfenwachstum sowie chemische Transformationen beeinflussen können. Die modellierten Aktivitätskoeffizienten und ihre Verläufe, welche mit über die chemischen Transformationen entscheiden, wurden für anorganische und organische Subsysteme untersucht. Die bisherigen Resultate haben gezeigt, dass die sachgerechte Behandlung von nicht-idealen Lösungen eine verbesserte Modellierung der komplexen Multiphasenchemie in der Partikelphase ermöglicht. KW - Wolke KW - Aerosol KW - Phasenumwandlung KW - Modellierung KW - Multiphasenmodellierung KW - Aerosol-Wolken-Wechselwirkung KW - Phasentransfer KW - Nicht-ideale Lösungen KW - Aktivitätskoeffizienten KW - Multiphase modeling KW - Aerosol-cloud-interactions KW - Phase transfer KW - Non-ideal solutions KW - Activity coefficients Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-28190 ER - TY - THES A1 - Abang, Roger Atini T1 - Thermodynamic modeling and experimental investigations of high temperature corrosion and oxidation due to increased power plant cycling T1 - Thermodynamische Modellierung und experimentelle Untersuchungen der Hochtemperaturkorrosion und -oxidation aufgrund des erhöhten Lastwechsels von Kraftwerken N2 - With the rapid growth of renewable energy sources (RES) in the power generation mix in accordance with the German energy transition policy (‘Energiewende’), fewer baseload coal power plants will be required. Future power generation will be supplied through decentralized power utilities such as off-shore wind parks and also through high operational flexibility of existing conventional coal power units. High operational flexibility means conventional power plants have to increase cyclic operations to cope with feed-ins from variable-RES such as wind and solar. Unlike medium and peak load power plants that can react quickly to load changes and power ramps, baseload power plants are not suited for such operations. Important technical requirements for flexible operation include among others; frequent start-ups and shut-downs, a minimum downtime, shorter startup time and short operational periods. Baseload coal power plants however do not meet these requirements. This increased cyclic mode of operation can have severe impacts on vital power plant components such as superheater and reheater tubes resulting in high temperature cyclic oxidation/corrosion especially because these plants were not designed for frequent cyclic operations. To optimize plant operations, minimize material damage and reduce operational and maintenance cost, it is therefore important to understand the oxidation and corrosion risk to plants materials associated with this flexible mode of operation. In this context, thermochemical modeling in FactSage 6.4ᵀᴹ as well as experimental investigations were carried out. For the experimental investigations, five commercial coal boiler superheater and reheater materials, namely T91, VM12-SHC, TP347-HFG, DMV304 HCu and DMV310 N were exposed for 1000 hours under discontinuous isothermal oxidation conditions and 1000 hours thermo–cyclic oxidation conditions at a metal surface temperature of 650 °C. The synthetic corrosive flue gas consisted of a mixture of CO₂, O₂, SO₂, N₂ and H₂O. The test material samples were partly covered in fly ash to investigate the effect ash deposits on the corrosion and oxidation behavior of the test materials. After exposure metallographic analysis by means of light microscopy and scanning electron microscopy (LOM and SEM–EDS) were carried out to study the oxide morphology and micro–structural properties of the materials. The oxidation kinetics (weight change) results showed significant oxide growth rates (weight gain) under cyclic oxidation conditions especially in the martensitic alloys – T91, VM12-SHC. Furthermore, metallographic analysis revealed severe oxide spallation in the ash covered sections of these alloys. The austenitic materials (TP374-HFG, DMV310 N) with the exception of DMV304 HCu showed good oxidation behavior with minimal oxide growth both under isothermal and thermal cyclic conditions. However, severe grain boundary attack and internal sulphidation were found in these alloys. DMV310 N showed the best corrosion and oxidation performance. The thermochemical modeling calculations supported the experimental results. N2 - Bedingt durch die Zunahme der erneuerbaren Energien im Rahmen der Energiewende sind zunehmend weniger Großkraftwerke erforderlich. Zukünftig erfolgt die Bereitstellung der elektrischen Energie durch dezentrale Energieerzeuger, wie Offshore-Windparks, Solar-Parks sowie die in der Flexibilität gesteigerten konventionellen Kraftwerke. An ein konventionelles Kohlekraftwerk besteht zukünftig der Anspruch einer möglichst flexiblen Fahrweise und die Herausforderung, den bisherigen Dauerbetrieb unter Volllast auf einen Teilbetrieb mit wenigen Betriebsstunden unter Teillast absenken zu können. Für die nötige flexible Fahrweise sind, neben anderen Faktoren, eine kurze Anfahrdauer, kurze Einsatzzeiten, hochfrequente An- und Abfahrzyklen sowie minimale Stillstandzeiten sehr wichtige Kriterien, um die Betriebsweise dem schwankenden Bedarf optimal angleichen zu können. Diese Kriterien können bisher jedoch nur von Mittel- und Spitzenlastkraftwerken erfüllt werden. Durch die zunehmende Schwankungsbreite der Einspeisung von elektrischer Energie, in Folge des Ausbaus regenerativer Energieerzeugung und dem Abbau von Grundlastkraftwerken, sind zunehmend auch die verbleibenden Grundlastkraftwerke auf eine flexible Fahrweise angewiesen. Diese Betriebsweise führt in kohlebefeuerten Grundlastkraftwerken zur drastischen Verkürzung der Betriebszeiten durch schneller stattfindende Materialschädigungen, wie beispielsweise Hochtemperaturkorrosion und -oxidation. Um solche Anlagen bei Reduzierung der Betriebskosten für eine flexiblere Fahrweise zu optimieren, ist es notwendig das Korrosionsverhalten der Dampferzeugerwerkstoffe genauer zu untersuchen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden sowohl thermochemische Modellierungen in FactSageᵀᴹ 6.4 als auch experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Für die experimentellen Untersuchungen wurden fünf kommerzielle Stähle für den Einsatz in Dampferzeugern, Überhitzern und Zwischenüberhitzern ausgewählt (TP91, VM12-SHC, TP347-HFG, DMV304 HCu und DMV310 N). Diese wurden jeweils für 1000 Stunden unter isothermen sowie thermozyklischen Oxidationsbedingungen bei einer Temperatur von 650°C dem synthetischen Rauchgas ausgesetzt. Das korrosive Rauchgas bestand aus einer Mischung von CO₂, O₂, SO₂, N₂ und H₂O. Die Materialproben wurden zum Teil mit Flugasche bedeckt, um die Auswirkungen der Ascheablagerungen auf das Korrosionsund Oxidationsverhalten der Werkstoffe zu untersuchen. Die korrodierten Proben wurden licht- und rastereletronenmikroskopisch analysiert (LiMi und REM-EDX). Bei der Charakterisierung von Oxidschicht und Material wurden neben den morphologischen auch die mikrostrukturellen Eigenschaften untersucht. Bezüglich der Oxidationskinetik (Gewichtsänderungen) zeigten insbesondere die martensitischen Stähle (T91, VM12-SHC) unter thermozyklischen Bedingungen signifikante Oxidwachstumsraten (Gewichtszunahmen). Darüber hinaus konnten metallographische Analysen Oxidschichtabplatzungen in den mit Asche bedeckten Bereichen nachweisen. Hingegen wiesen die austenitischen Stähle (TP347-HFG, DMV310 N), mit Ausnahme von DMV304 HCu, sowohl unter isothermen als auch unter thermozyklischen Bedingungen ein gutes Oxidationsverhalten mit minimalem Oxidschichtwachstum auf. Dennoch konnten Korngrenzenangriffe sowie innere Sulfidbildungen in diesen Legierungen beobachtet werden. Von allen Stählen wies DMV310 N den höchsten Widerstand gegenüber Korrosion und Oxidation auf. Die thermochemische Modellierung bestätigte die experimentellen Ergebnisse. KW - Thermo-chemical modeling KW - Oxidation KW - High temperature corrosion KW - Cycling KW - Flexible generation KW - Oxidation KW - Hochtemperaturkorrosion KW - Lastwechsel KW - Flexible Kraftwerke KW - Thermochemische Modellierung KW - Kraftwerk KW - Hochtemperaturkorrosion KW - Lastwechselverhalten KW - Oxidation KW - Thermodynamik KW - Modellierung Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-40032 ER - TY - THES A1 - Böhm, Sebastian T1 - Split-Protocol-Stack network simulation and emulation of wireless embedded systems with Radio-in-the-Loop : towards accurate wireless network evaluation T1 - Split-Protocol-Stack Netzwerksimulation und Emulation hoch-integrierter drahtloser Funkübertragungssysteme mit Radio-in-the-Loop : Schritte hin zu einer genauen Evaluierung drahtloser Kommunikationsnetze N2 - Recent challenges and novel approaches of wireless communication networks are characterized by high performance requirements on the radio channel and by concepts of self-organization, in-network processing, or resource optimization which ultimately lead to distributed network applications, communication architectures, and radio transceivers. Associated evaluation is driven by a multitude of ever-increasing requirements that call for multidisciplinary expertise. Depending on the discipline, simulation is one of the most widely used technologies, whereby often abstract assumptions and models do not allow for sufficiently accurate, comparable results. In contrast, real-world measurements and field-tests can only be performed on actual systems, commonly under non-reproducible conditions. This thesis establishes with the Split-Protocol-Stack a new type of evaluation method that intends to help closing the gap between purely simulative analyzes and real-world tests. With the inclusion of real radio hardware and radio channels in the event-based simulation, this central hybrid approach in connection with the Radio-in-the-Loop methodology creates synergies in interdisciplinary fields. The approach contains analytical discussions, methodological strategies, and practical contributions that are summarized as key elements in the subsequent central considerations and challenges. With Real-Time-Shift, a pseudo-real-time synchronization approach for parallel simulation and radio channel emulation of communication flows is introduced. Based on the underlying time compensation scheme, the discrete event simulation is decoupled from real-time constraints when exchanging event messages with real-world wireless hardware. A physical layer emulation methodology and radio channel interface concept, called Radio-in-the-Loop, is introduced along with two practical realization approaches. Furthermore, strategic details on radio network planning with an approach to automatic hardware resource allocation are presented for radio channel emulation-capable network testbeds. The contributions of this work are evaluated using real-world reference measurements, practical application scenarios, and experiments that provide proof of concepts. By means of an exemplary selected cross-layer optimization scenario, the benefits are practically demonstrated and discussed. Finally, based on IEEE 802.15.4 as the reference protocol standard for low-power wireless networks, this thesis provides feasibility studies and analysis results using the representative prototype SEmulate for the Split-Protocol-Stack approach. N2 - Aktuelle Herausforderungen und neuartige Ansätze drahtloser Kommunikationsnetze sind geprägt durch hohe Leistungsanforderungen auf dem Funkkanal sowie Konzepte der Selbstorganisation, netzinternen Verarbeitung oder Ressourcen-Optimierung und münden letztendlich in verteilten Netzwerkanwendungen, Kommunikationsarchitekturen und Funk-Transceivern. Die Evaluation ist dabei stark von fachspezifischen, simulativen Analysen unter abstrahierten Annahmen und Modellen geprägt, so dass die Ergebnisse oft keine hinreichend genauen, vergleichbaren Schlussfolgerungen auf die Leistungsfähigkeit im Gesamtsystem zulassen. Praxistests hingegen, können nur für konkrete Systeme am Ende des Entwicklungszyklus unter zum Teil nicht reproduzierbaren Bedingungen durchgeführt werden. Diese Arbeit begründet mit dem Split-Protocol-Stack eine neuartige Evaluationsmethodik die dazu beitragen soll, die Lücke zwischen rein simulativen Analysen und realen Tests zu schließen. Unter Einbeziehung realer Funkhardware und physikalisch realitätsnah nachgebildeter Funkkanäle in die ereignisbasierte Simulation schafft dieser zentrale hybride Ansatz in Verbindung mit der Methodik des Radio-in-the-Loop Synergien in interdisziplinären Fachgebieten. Der Ansatz enthält analytische Diskussionen, methodische Strategien und praktische Beiträge, die als Kernelemente in den nachfolgenden zentralen Betrachtungen und Herausforderungen zusammengefasst werden. Unter der Bezeichnung Real-Time-Shift wird ein Synchronisationsansatz für die parallele Simulation und Funkkanalemulation von Kommunikationsabläufen eingeführt. Basierend auf der zugrundeliegenden Zeitkompensation wird die Simulation von Beschränkungen der Echtzeitfähigkeit beim Nachrichtenaustausch von Ereignissen mit reale Funk-Transceiver-Hardware entkoppelt. Darüberhinaus wird mit Radio-in-the-Loop eine Methode zur Emulation der physikalischen Schicht sowie Schnittstelle zum Funkkanal definiert und praktisch realisiert. Weiterhin werden strategische Details zur Funknetzplanung vorgestellt und mit einem Ansatz zur automatischen Hardware-Ressourcenzuweisung für die Funkkanalemulation analysiert und praktisch erprobt. Bewertet werden die Beiträge dieser Arbeit durch Referenzmessungen, praktische Anwendungsszenarien und experimentelle Analysen, die den Nachweis der vorgestellten Konzepte erbringen sowie deren Nutzen evaluieren. Anhand eines exemplarisch ausgewählten Anwendungsszenarios der Protokollschicht-übergreifenden Optimierung, wird der Zugewinn praktisch demonstriert und diskutiert. Schließlich werden auf Basis von IEEE 802.15.4 als Referenz-Protokollstandard für drahtlose Niedrigenergie-Netze durch diese Arbeit Durchführbarkeitsstudien und Analyseergebnisse zusammen mit dem repräsentativen Prototypen SEmulate für den Ansatz des Split-Protocol-Stack bereitgestellt. KW - Internet of things KW - Network simulation KW - Hardware-in-the-Loop KW - Modeling KW - IEEE 802.15.4 KW - Internet der Dinge KW - Netzwerksimulation KW - Emulation KW - Modellierung KW - Emulation KW - Internet der Dinge KW - Netzwerksimulation KW - Hardware-in-the-loop KW - IEEE 802., 15, 4 Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-61443 ER - TY - THES A1 - Kalishettyhalli Mahadevaiah, Mamathamba T1 - Process development and electrical characterization of CMOS-integrated memristive devices for emerging non-volatile memory applications T1 - Prozessentwicklung und elektrische Charakterisierung von CMOS-integrierten memristiven Bauelementen für neuartige nichtflüchtige Speicheranwendungen N2 - Energy efficiency is vital for future low-power electronic applications. This ultra-low power consumption requirement enables the research beyond the conventional charge-based memories. Further, reliability, high scalability, fast switching, CMOS compatibility, high endurance, etc., are some of the characteristics envisaged by the new generation of emerging non-volatile memories (NVMs). A memristor or OxRAM is one among the many emerging NVMs, which can exhibit the aforementioned characteristics, and it has the potential to replace the power-hungry conventional NVMs. The memristive devices have the advantage of monolithic integration with the CMOS logic, which enables the widening of their application areas. Despite their various advantages, the reliability, forming voltages, and variability of the devices pose a hurdle to their wide commercial usage. Hence, it is crucial to identify these factors and mitigate them. This thesis addresses these issues through fabrication process improvements, electrical characterization techniques, and device-engineering methods. The improvements in the fabrication processes reduced the pristine state currents of the memristive devices. It impacted the reliability and resistive switching performance of the memristive devices directly. To further improve the performance, the memristive devices are integrated into the 130 nm BiCMOS baseline technology of IHP. Additionally, dedicated test structures are developed to monitor and control the fabrication process steps through in-line electrical characterization. Further, the forming current and voltage values, along with their dispersions in the 4 kbit memristive arrays, were reduced by utilizing the electrical characterization techniques. Accordingly, the forming operations were performed at high operating temperatures using incremental step pulse and verify algorithm (ISPVA). In contrast to the well-known method of increasing the current compliance (1R) or the gate voltage of the transistor (1T-1R) to increase the conduction filament size, a thin layer of Al2O3 is added. This device engineering technique reduced the variability in both LRS and HRS currents of the memristive devices. Additionally, the conduction filament properties in both states are modeled by using the quantum point contact (QPC) model. Finally, harnessing the intrinsic variability of the memristive devices for neuromorphic computing applications is demonstrated. The reliability of the devices is assessed through endurance and retention characteristics. N2 - Energieeffizienz ist für künftige elektronische Anwendungen mit geringem Stromverbrauch von entscheidender Bedeutung. Dieser extrem niedrige Stromverbrauch ermöglicht die Forschung über die herkömmlichen ladungsbasierten Speicher hinaus. Darüber hinaus sind Zuverlässigkeit, hohe Skalierbarkeit, schnelles Schalten, CMOS-Kompatibilität, hohe Lebensdauer usw. einige der Eigenschaften, die von der neuen Generation der aufkommenden nichtflüchtigen Speicher (NVMs) angestrebt werden. Ein Memristor oder OxRAM ist einer der vielen aufkommenden NVMs, die die oben genannten Eigenschaften aufweisen können, und er hat das Potenzial, die stromfressenden konventionellen NVMs zu ersetzen. Die memristiven Bauelemente haben den Vorteil, dass sie monolithisch in die CMOS-Logik integriert werden können, was eine Ausweitung ihrer Anwendungsbereiche ermöglicht. Trotz ihrer zahlreichen Vorteile stellen die Zuverlässigkeit, die Formationsspannungen und die Variabilität der Bauelemente eine Hürde für ihre breite kommerzielle Nutzung dar. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, diese Faktoren zu identifizieren und sie zu entschärfen. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit diesen Problemen durch Verbesserungen des Herstellungsprozesses, elektrische Charakterisierungstechniken und Methoden der Bauelementekonstruktion. Die Verbesserungen in den Herstellungsprozessen haben die Ströme im Urzustand der memristiven Bauelemente reduziert. Dies wirkte sich direkt auf die Zuverlässigkeit und die Widerstandsschaltleistung der memristiven Bauelemente aus. Um die Leistung weiter zu verbessern, werden die memristiven Bauelemente in die 130 nm BiCMOS-Basistechnologie des IHP integriert. Darüber hinaus werden spezielle Teststrukturen entwickelt, um die Herstellungsprozesse durch elektrische Inline-Charakterisierung zu überwachen und zu steuern. Darüber hinaus wurden die Werte für den Formierungsstrom und die Formierungsspannung sowie deren Streuungen in den memristiven Arrays mit 4 kbit durch den Einsatz der elektrischen Charakterisierungstechniken reduziert. Dementsprechend wurden die Umformvorgänge bei hohen Betriebstemperaturen unter Verwendung des ISPVA-Algorithmus (Incremental Step Pulse and Verify) durchgeführt. Im Gegensatz zu der bekannten Methode, die Stromnachgiebigkeit (1R) oder die Gatespannung des Transistors (1T-1R) zu erhöhen, um die Größe des Leitungsfilaments zu vergrößern, wird eine dünne Schicht Al2O3 hinzugefügt. Durch diese Technik wurde die Variabilität der LRS- und HRS-Ströme der memristiven Bauelemente verringert. Darüber hinaus werden die Eigenschaften des Leitungsfilaments in beiden Zuständen mit Hilfe des Quantenpunktkontaktmodells (QPC) modelliert. Schließlich wird demonstriert, wie die intrinsische Variabilität der memristiven Bauelemente für neuromorphe Computeranwendungen genutzt werden kann. Die Zuverlässigkeit der Bauelemente wird anhand der Ausdauer und der Retentionseigenschaften bewertet. KW - Memristive devices KW - RRAM KW - ISPVA KW - Forming KW - Variability KW - Formierspannung KW - Variabilität KW - Dispersion KW - Leitungsdraht KW - Neuromorphe Anwendungen KW - CMOS KW - Nichtflüchtiger Speicher KW - Memristor KW - Modellierung KW - Dispersion Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-65571 ER - TY - THES A1 - Lühr, Carsten T1 - Optimieren der Reinigung von Hanfschäben im axialen Fluss T1 - Optimising the cleaning of hemp shives in axial flow N2 - Nach jahrelangem Rückgang des Hanfanbaus in Deutschland konnte in den letzten Jahren wieder eine Zunahme des Hanfanbaus verzeichnet werden. Das bei der Fasergewinnung mit bis zu 70 Masse-% anfallende Nebenprodukt Schäben-Faser-Gemisch muss für eine weitere Verarbeitung und den Einsatz in höherwertigen Anwendungen aufbereitet werden. Ziel war es, dieses für einen wirtschaftlichen Anlagenbetrieb wichtige Nebenprodukt in seine Hauptbestandteile Schäben und Fasern zu separieren und den darin enthaltenen Staub zu entfernen. Das Separieren und damit Reinigen des Gemischs erfolgte nach einem neuartigen und patentierten Prinzip auf Basis einer Paddelschnecke und einer dazu abgestimmten Siebfläche. In verschiedenen Modellen konnten wesentliche Zusammenhänge zwischen Konstruktions-und Betriebsparametern einer Paddelschnecke und dem Abscheideverhalten von Schäben über einem Sieb aufgezeigt werden. Die Ergebnisse der Modellierung zum Massestrom und dem Trennverhalten wurden anhand einer Versuchsmaschine zur Reinigung von Schäben-Faser-Gemischen in einem Aussiebungsverlauf validiert und daraus Konstruktionsvorgaben für einen Prototypen getroffen. Mit der im Ergebnis vorgestellten Konstruktion steht für die hanfverarbeitende Industrie eine Reinigungsmaschine mit minimalem technischem Aufwand, bestehend aus nur einer Prozessstufe und damit verbundene geringe Anschaffungs- sowie Betriebskosten für den Anlagenbetreiber, zur Verfügung. N2 - After years of decline in German hemp cultivation, an increase in hemp cultivation area could be seen in the recent years. Shive-fibre mixtures are a by-product of hemp fibre processing, with a total share of up to 70 mass-% of the straw input. For economic plant operation it is important to clean the shive-fibre mixture for further processing and use in higher-quality applications. The objective was to separate the by-product into its main components shives and fibres and to remove the dust. The separation respectively the cleaning of the mixture was carried out according to a novel and patented principle based on a paddle screw and a screen drum adapted to screw design. In different models, essential links between design and operating parameters of the paddle screw as well as the separation behaviour of shives over a screen were shown. The results of the modelling of the mass flow and the separation behaviour were validated by means of an experimental machine. On basis of this machine the cleaning of shive-fibre mixtures in a screening process could be investigated at practice and design specifications for a prototype were developed. Finally, a cleaning machine with minimal technical effort consisting of only one processing stage and associated low investment and operating costs is now available for hemp processing industry. KW - Schäbenreinigung KW - Modellierung KW - Sieben KW - Abscheiden KW - Simulation KW - Shive cleaning KW - Modelling KW - Screening KW - Separation KW - Simulation KW - Schäben KW - Abscheidung KW - Pflanzenfaser KW - Objekt-Prozess-Modell Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-41694 ER - TY - THES A1 - Pecenka, Ralf T1 - Optimieren der Reinigung von Hanffasern auf Kammschütteln T1 - Optimisation of hemp fibre cleaning on comb shakers N2 - Naturfasern erleben seit etwa 20 Jahren weltweit eine Renaissance und sind insbesondere als technische Fasern für Bau- und Dämmstoffe oder als Verstärkungsfasern in Verbundwerkstoffen für höherwertige Funktionen im Automobil- und Flugzeugbau gefragt. Nachdem wesentliche Fragen des Anbaus und der Ernte von Fasernpflanzen erfolgreich in den letzten Jahren gelöst wurden, bestehen die größten Defizite derzeit in den verfahrenstechnischen Prozessen der Faserngewinnung aus Hanfstroh. Neben effizienten Verfahren zum Strohaufschluss ist insbesondere eine Optimierung der Faserreinigung erforderlich. Die systematische Untersuchung verschiedener Reinigungssysteme ergab, dass Kammschüttel am besten die technischen und wirtschaftlichen Forderungen der industriellen Kurzfaserindustrie erfüllen. Für detaillierte Untersuchungen wurde deshalb eine Versuchsschüttel für die Verarbeitung von Hanffaser-Schäben-Gemischen entwickelt und erprobt. Aufbauend auf diesen Untersuchungen konnten erstmals grundlegende Modelle für den Massestrom und das Trennverhalten von Fasern und Schäben entwickelt und zu einem Kammschüttel-Gesamtmodell zusammengefügt werden. Hiermit wurden mit wenigen Simulationsrechnungen geeignete Konstruktionsvorgaben für die Hauptabmessungen und zentrale Betriebsparameter ermittelt sowie ein Prototyp entwickelt. Mit der im Ergebnis vorgestellten Konstruktion steht für die Reinigung von Hanffaser-Schäben-Gemischen eine optimierte Reinigungsmaschine zur Verfügung, die alle auf der Grundlage der Praxiserfahrungen erarbeiteten aktuellen Anforderungen erfüllt. N2 - There is an increasing demand for high-quality hemp and flax fibres as a raw material e.g. for the production of natural fibre reinforced composites. Efficient production technologies are already employed for cultivation and harvest of hemp and flax. But there is a substantial need for powerful technologies for fibre processing to ensure a reliable supply of quality fibres for the market. Particularly, efficient decortication and cleaning technologies are needed for economic plant operation. Comb shakers proved to have the highest potential to fulfil the requirements of industrial short fibre production. For detailed investigations an experimental comb shaker has been developed and tested. On the basis of the experimental results a model for the mass flow and the screening process of fibre-hurd-mixtures has been developed. Both models were combined to a machine model of a comb shaker. General design parameters such as optimum shaker frequency, screen inclination as well as the necessary screen length for a required cleaning result can be easily identified with only a small number of simulation calculations with this novel model. Finally, a prototype of a comb shaker has been developed that fulfils the common requirements of efficient fibre cleaning in industrial short fibre production. KW - Faserhanf KW - Hanfverarbeitung KW - Vergleichsverfahren KW - Naturfaser KW - Faserreinigung KW - Sieben KW - Modellierung KW - Simulation KW - Natural fibre KW - Fibre cleaning KW - Screening KW - Modelling KW - Simulation Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-5879 ER - TY - THES A1 - Eckert, Karl-Andreas T1 - Grundlagenuntersuchungen zur Optimierung der technischen Kristallisation von Fettsäuregemischen T1 - Fundamental investigations for the optimization of technical crystallization of fatty acid mixtures N2 - Trotz der steigenden Nachfrage nach Fettsäuregemischen mit niedrigen gesättigten Anteilen liegen nur relativ wenige Untersuchungen und industrielle Umsetzungen zur Fraktionierung durch Kristallisationsverfahren vor. Die Reduzierung gesättigter Anteilen aus Gemischen gleicher Kettenlängen ist mittels Destillation nicht möglich ist. In dieser Arbeit wurde daher die lösemittelfreie Schmelzkristallisation in Form der Suspensionskristallisation untersucht. Zur Auslegung und Optimierung von Kristallisationsprozessen ist die Kenntnis der Phasendiagramme und Kristallisationskinetiken von grundlegender Bedeutung. Daher wurden die thermodynamischen Grundlagen der Kristallisation von Fettsäuregemischen untersucht. Nach der Erarbeitung der Untersuchungs- und Auswertemethoden wurden die zehn binären Systeme aus den fünf Hauptfettsäuren pflanzlicher Fette und Öle mittels DSC analysiert und die Phasendiagramme mit den metastabilen Bereichen sowie Enthalpiediagramme abgeleitet. Durch Modellierung wurden vier ternäre Phasendiagramme konstruiert, wesentliche Charakteristika abgeleitet und in ein Modell zur Berechnung der Phasenumwandlungstemperaturen von Systemen aus den fünf Hauptfettsäuren überführt, welches eine mittlere Abweichung von nur 0,4K und eine Standardabweichung von 0,7K liefert. Zudem konnte erstmals der komplexe Verlauf der Kristallisation von Fettsäuregemischen in den Phasendiagrammen aufgeklärt und beschrieben werden. Die Kinetik des Kristallwachstums wurde an drei Fettsäuregemischen mit verschiedenen Kühlraten und Zieltemperaturen mittels Polarisationsmikroskopie untersucht. Die eingesetzte Kühlkammer zeigte mit ±0,003 K Temperaturgenauigkeit sehr lineare Temperaturprofile. Die Projektionsfläche der Kristalle wurde, neben den Kristalldichten, aufgrund einer Korrelation zu entsprechenden DSC-Wärmestromkurven als geeigneter Parameter zur Beschreibung des Kristallwachstums erkannt. Es wurden kinetische Parameter, wie Induktionszeit, Keimbildungsrate, finale Kristalldichte und -fläche sowie die Wachstumsgeschwindigkeiten der Einzelkristalle und des Bulks, ermittelt. Für die zeitliche Entwicklung wurden Modelle für die Berechnung abgeleitet. Zudem erfolgte die Untersuchung der auftretenden Kristallmorphologien, wobei für alle Kristalle eine lanzettförmige Grundstruktur gefunden wurde. Es wurden Versuche im größeren Maßstab in einem Laborreaktorsystem mit 40ml sowie einem Vibromix- und Wavemixer-System mit jeweils 2l Probenmenge durchgeführt. Zur Überwachung des Kristallwachstums in den Reaktoren wurde ein Laserscanner (FBRM) verwendet. Versuche mit verschiedenen Kühlraten, Durchmischungsparametern und Zieltemperaturen zeigten den Vorteil einer scherarmen Durchmischung zur Erreichung gut trennbarer Kristallsuspensionen. Die Abtrennbarkeit wurde mittels Druckfiltration und Zentrifugation überprüft, wobei die Druckfiltration mit Ausbeuten an Mutterlauge von bis zu 98% die besten Resultate lieferte. N2 - In spite of the increasing demand for fatty acid mixtures with low saturated content, relatively few investigations and industrial applications for fractionation by crystallization could be found. The reduction of saturated fractions from mixtures of similar chain length is not possible by distillation. Therefore, in this work, solvent-free melt crystallization in the form of suspension crystallization was investigated. Knowledge of the phase diagrams and crystallization kinetics is of fundamental importance for the design and optimization of crystallization processes. Therefore, the thermodynamic fundamentals of the crystallization of fatty acid mixtures were investigated. After the development of the investigation and evaluation methods, the ten binary systems composed from the five main fatty acids of vegetable fats and oils were analyzed by means of DSC and the phase diagrams including the metastable ranges as well as enthalpy diagrams were derived. Four ternary phase diagrams were modelled and constructed. Essential characteristics were derived and transferred into a model for the calculation of the phase transformation temperatures of systems constituting the five main fatty acids. The model delivers an average deviation of only 0.4K and a standard deviation of 0.7K. In addition, the complex crystallization path of fatty acid mixtures within the phase diagrams could be clarified and described for the first time. The kinetics of crystal growth were investigated for three fatty acid mixtures with different cooling rates and target temperatures by means of polarization microscopy. The cooling chamber used showed very linear temperature profiles with high temperature accuracy. The projection area of the crystals, besides the crystal densities, was recognized as a suitable parameter for the description of crystal growth due to a correlation to corresponding DSC heat flow curves. Kinetic parameters such as induction time, nucleation rate, final crystal density and area as well as the growth rates of the single crystals and the bulk were determined. Models for the calculation were derived for the development over time. In addition, the crystal morphologies were investigated, wherein a lancet-shaped basic structure was found for all crystals. Experiments in a larger scale were carried out using a laboratory reactor system with 40ml and a vibromix and wavemixer system with 2l sample volume. A laser scanner (FBRM) was used to monitor crystal growth in the reactors. Experiments with different cooling rates, mixing parameters and target temperatures showed the advantage of a low shear mixing to achieve crystal suspensions with good separation properties. The separability was tested by means of pressure filtration and centrifugation, whereby pressure filtration with yields of mother liquor of up to 98% provided the best results. KW - Fettsäuregemische KW - binäre, ternäre und quintäre Phasendiagramme KW - Modellierung KW - Kristallwachstumskinetik KW - Abtrennung KW - Fatty acid mixtures KW - Binary, ternary and quinternary phase diagrams KW - Modelling KW - Crystal growth kinetics KW - Separation KW - Fettsäuren KW - Gemisch KW - Trennverfahren KW - Kristallwachstum KW - Modellierung KW - Phasendiagramm Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-47207 ER - TY - THES A1 - Assaf, George T1 - Fuzzy coloured Petri nets for modelling biological systems with uncertain kinetic parameters T1 - Fuzzy-farbige Petri-Netze für die Modellierung biologischer Systeme mit unsicheren kinetischen Parametern N2 - Over the last twenty years, Petri nets have been increasingly adopted for modelling and simulating biological systems, as they offer an intuitive and graphical approach for this purpose. Their usability convenience comes from the fact that they offer many types of elements to describe systems in a qualitative and quantitative way. Coloured Petri nets are particularly useful to model systems with repeated components in a compact fashion. Our tool Snoopy for modelling and simulating Petri nets is one of the most well-known tools supporting a family of related Petri net classes comprising stochastic, continuous and hybrid Petri nets, and covering uncoloured and coloured Petri nets alike. However, kinetic information of a biological system, i.e. kinetic parameters may be uncertain, due to many reasons, e.g. environmental factors. Besides, coloured Petri nets as they were previously supported in Snoopy suffered from some inconsistencies. Due to these inconsistencies, exploring the model behaviour using different sizes (scaleability) was not feasible. Both challenges call for a new and more powerful approach integrating the modelling of uncertainties together with modelling features supporting repeated structures in a compact and scalable way. This thesis comprises two major contributions: Firstly, we introduce the definition and present the simulation algorithm for both uncoloured and coloured fuzzy Petri nets, by extending the existing quantitative uncoloured and coloured Petri nets in Snoopy. This includes discretising the uncertain kinetic parameters to crisp values by using sampling strategies. Secondly, we harmonise coloured Petri nets in Snoopy with their uncoloured counterparts and we extend the Snoopy’s coloured Petri nets by all the features, which are supported by the coloured abstract net description language - an exchange format of coloured Petri nets in our PetriNuts tool family. By performing fuzzy simulation, one can obtain two kinds of output: fuzzy bands of each output variable and their corresponding timed-membership functions. Each fuzzy band describes the uncertainties associated with the input, whereas membership functions give more accurate information about the associated uncertainties. The most important features that we obtain by harmonising coloured Petri nets are to develop scaleable models, by defining scaling factors as constants and unifying the usage of coloured Petri nets with the other tools in our PetriNuts tool family. N2 - In den letzten zwanzig Jahren wurden Petri-Netze zunehmend für die Modellierung und Simulation von biologischen Systemen eingesetzt. Sie bieten dafür sowohl eine qualitative als auch quantitative Modellierungsmethode an. Farbige Petri-Netze sind nützlich für die Modellierung von Systemen mit sich wiederholenden Komponenten. Snoopy ist eines der bekanntesten Werkzeuge, das eine Familie von Petri-Netzen unterstützt, darunter sowohl ungefärbte als auch gefärbte stochastische, kontinuierliche und hybride Petri-Netze. In dieser Dissertation werden zwei Themen behandelt. Einerseits können Biologische Systeme aus vielen Gründen unbestimmt sein, zum Beispiel aus Umweltgründen, anderereseits hatten farbige Petri-Netze in Snoopy Inkonsistenzen, die den Bau skalierbarer Modelle verhindern. Die Ergebnisse der Fuzzy-Simulation sind sowohl das Fuzzy-Band jeder interessierenden Variablen als auch zeitliche Zugehörigkeitsfunktionen für jede Variable, damit man die Unsicherheiten erforschen kann, die mit der Eingabe verbunden sind. Durch die Harmonisierung von farbigen Petri-Netzen können wir skalierbare Modelle konstruieren und dann das Verhalten des Modells mit verschiedenen Größen des vorliegenden Modells untersuchen. KW - Uncertain biological systems KW - Petri nets KW - Fuzzy logic KW - Colouring fuzziness KW - Software harmonisation KW - Unbestimmte Systembiologie KW - Modellierung KW - Petri-Netze KW - Software Hamonisierung KW - Simulation KW - Gefärbtes Petri-Netz KW - Systembiologie KW - Fuzzy-Logik Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-58516 ER - TY - THES A1 - Klatt, Matthias T1 - Dynamische Modellbildung als Element von verfügbarkeits- und prozeßorientierten Untersuchungen komplexer kraftwerkstechnischer Systeme T1 - Dynamic modelling as an element of the availibility and process oriented behaviour investigation of complex power plants N2 - Es wurde ein Software-Werkzeug entwickelt, das die Modellierung der Verfügbarkeit und des dynamischen Verhaltens von Grosskraftwerksblöcken mithilfe einer eigens aufgebauten Komponentenbibliothek erlaubt. Die geforderte grafische Darstellung in Analogie zum Prozessfließbild machte es erforderlich, neue Modellansätze für Daten und Informationsflüsse zu entwickeln. Der Komponentenumfang eines Kraftwerksblockes mit den wichtigsten Komponenten machte es dabei erforderlich, blockorientierte Modellierungsansätze auf der Basis konzentrierter und verteilter konzentrierter Parameter anzuwenden. N2 - A software-tool was developed, which, with its specially built component library, allows the modelling of availability and dynamic behaviour of large scale power plant units. The requested graphic representation near to the process flow schema required a search for new ways of data and information flow modelling. The large quantity of components of a power plant unit with its most important components thereby requires a block oriented modelling approach based on lumped and distributed lumped parameters. KW - Dampfkraftwerk KW - Modellierung KW - Kraftwerk KW - Dynamisches Verhalten KW - Prozessmodell KW - Prozesssimulation KW - Power plant KW - Dynamic behaviour KW - Process modelling KW - Process simulation Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-4282 ER - TY - THES A1 - Ojong, Emile Tabu T1 - Characterization of the performance of PEM water electrolysis cells operating with and without flow channels, based on experimentally validated semi-empirical coupled-physics models T1 - Charakterisierung der Leistungsfähigkeit von PEM-Wasser-Elektrolysezellen, die mit und ohne Strömungskanäle arbeiten, basierend auf experimentell validierten semi-empirischen gekoppelten physikalischen Modellen N2 - PEM water electrolysis is a clean technology for hydrogen production. In spite of its many advantages, the costs of the conventional PEM electrolysis cell makes it commercially less competitive vis-à-vis its peers. An alternative cell design has been proposed which has up to a 25 % costs advantage over the conventional cell. In this alternative cell design, the flow channel plate which bears the most costs in the conventional cell design has been replaced with a 3-D Porous Transport Layer (PTL) structure. It has however, been observed that the conventional cell by far out performs the low cost cell at high current density operations, due to increased mass transport limitation in the later. Industrial and commercial hydrogen production efforts are focused towards high current density operation (> 3 A/cm²), so the alternative cell design must be optimized for mass transport limitation. PEM water electrolysis is a clean technology for hydrogen production. In spite of its many advantages, the costs of the conventional PEM electrolysis cell makes it commercially less competitive vis-à-vis its peers. An alternative cell design has been proposed which has up to a 25 % costs advantage over the conventional cell. In this alternative cell design, the flow channel plate which bears the most costs in the conventional cell design has been replaced with a 3-D Porous Transport Layer (PTL) structure. It has however, been observed that the conventional cell by far out performs the low cost cell at high current density operations, due to increased mass transport limitation in the later. Industrial and commercial hydrogen production efforts are focused towards high current density operation (> 3 A/cm²), so the alternative cell design must be optimized for mass transport limitation. This work seeks to understand the source of, and to eliminate the mass transport losses in the alternative cell design to get it performing at least as good as the conventional cell at current densities up to 5 A/cm². A 2-D non-isothermal semi-empirical fully-coupled models of both cell designs have been developed and experimentally validated. The developed validated models were then used as tools to simulate and predict the best operating conditions, design parameters and micro-structural properties of the PTL at which the mass transport issues in the alternate cell will be at its minimum, at high current densities. The models are based on a multi-physics approach in which thermodynamic, electrochemical, thermal and mass transport sub-models are coupled and solved numerically, to predict the cell polarization and individual overpotentials, as well as address heat and water management issues. The most unique aspect of this work however, is the development of own semi-empirical equations for predicting the mass transport overpotential imposed by the gas phase (bubbles) at high current densities. For the very first time, calculated polarization curves up to 5 A/cm² have been validated by own experimental data. The results show that, the temperature and pressure, water flowrate and thickness of the PTL are the critical parameters for mitigating mass transport limitation. It was found that, for the size of the cells studied (25 cm² active area each), when both cells are operating at the same temperature of 60 °C, alternative design will have a comparable performance to the conventional designed cell even at 5 A/cm² current density when; the operating pressure is ≥ 5 bar, the feed water flowrate is ≥ 0.024l/min∙cm², PTL porosity is 50 %, PTL pore size is ≥ 11 µm and PTL thickness is 0.5 mm. At these operating, design and micro-structural conditions, the predicted difference between the polarizations of both cells will be only ~10 mV at 5 A/cm² operating current density. N2 - Die PEM Wasser Elektrolyse gilt als effiziente Technologie zur Herstellung von sauberem Wasserstoff zur Energiespeicherung. Trotz der vielen Vorteile führen hohe Kosten für die Produktion konventioneller Komponenten und Stacks zu einer nicht konkurrenzfähigen Technologie. Ein alternatives und kostengünstiges Zelldesign wurde vorgestellt, das, verglichen mit einem konventionellen Design, einen Kostenvorteil von bis zu 25 % hervorbringt. Bei diesem alternativen Zelldesign wird die Platte mit Strömungskanälen, die den größten Kostenanteil birgt, durch eine 3-D poröse Struktur (PTL) ersetzt. Bei hohen Stromdichten zeigt aber ein Design ohne Strömungskanäle niedrigere Leistungsdaten, was durch eine gesteigerte Limitierung des Massentransportes erklärt werden kann. Da sich die industrielle und kommerzielle Wasserstoffproduktion in Richtung hoher Stromdichten (> 3 A/cm²) entwickelt, scheint das erforderliche Verständnis von Massentransporteffekten offensichtlich das kosteneffiziente Design gegenüber dem konventionellen Design voran zu treiben. Diese Arbeit versucht den Ursprung von Massentransportlimitierung des kostengünstigen Zelldesigns zu verstehen und zu eliminieren. Um diese Zielvorgabe zu erreichen, wurden 2-D nicht-isotherme, semi-empirische, vollständig gekoppelte Modelle beider Zelldesigns entwickelt und experimentell validiert. Die entwickelten und validierten Modelle wurden als Werkzeug zur Simulation und Vorhersage der am besten geeigneten Betriebs- und Designparameter, sowie Eigenschaften der Mikrostrukur der PTL verwendet. Die hierin entwickelten Modelle basieren auf einem multiphysikalischen Ansatz, worin thermodynamische, elektrische und thermische Effekte sowie Massentransportuntermodelle gekoppelt und gelöst wurden, um sowohl die Zellpolarisation und individuelle Überpotentiale vorherzusagen, als auch Wärme- und Wassermanagement zu adressieren. Das Alleinstellungsmerkmal dieser Arbeit ist jedoch die Entwicklung von semi-empirischen Gleichungen, um die Überpotentiale der Massentransporthemmung, ausgehend von Gasblasen, vorhersagen zu können. Ebenso wurden zum ersten Mal berechnete PEM Wasser Elektrolyse Polarisationskurven bis zu einer Stromdichte von 5 A/cm² mit eigenen Daten validiert. Die Ergebnisse zeigen, dass Temperatur und Druck, sowie Wasserflußrate und Dicke der PTL die kritischen Parameter sind, um Massentransportlimitierung zu vermeiden. Es wurde sogar gezeigt, dass bei der verwendeten Zellgröße (aktive Fläche = 25 cm²) vergleichbare Leistungsdaten bei 60 °C und 5 A/cm² erreicht werden können, sofern der Betriebsdruck 5 bar übersteigt, die Wasserflussrate größer als 0.024 l/min ist, die Porosität der PTL 50 % übersteigt, die Porendurchmesser größer als 11 µm sind und die PTL Dicke bei 0.5 mm liegt. Bei diesen Parametern wurden Unterschiede zwischen den beiden Zelldesigns von etwa 10 mV bei 5 A/cm² vorhergesagt. KW - PEM Electrolysis KW - Porous Transport Layer KW - Mass Transport KW - Modelling KW - Experimental Validation KW - PEM-Elektrolyse KW - Poröse Transportschicht KW - Massentransport KW - Modellierung KW - Experimentelle Validierung KW - Polymer-Elektrolytmembran-Brennstoffzelle KW - Strömungsmechanik KW - Stoffübertragung KW - Kanalströmung Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-46504 ER - TY - THES A1 - Rey Villazón, Jose María T1 - Advanced aero engine common preliminary design environment for the automatic construction of secondary air system and thermal models T1 - Integrierte Vorauslegungsumgebung zur automatisierten Erzeugung von Sekundärluftsystem- und Thermalmodellen für Flugtriebwerke N2 - The state of the art in aero engine design and analysis methods is based on mature computer programs, which have been developed during several decades. The classical approach to the preliminary design phase of engine subsystems is to split the complex engineering process into disciplines and subtasks. Different experts manage the time-consuming modelling work. Due to the increasing demand for higher aero engine performance and design cycle time reduction, process integration, accuracy and agility have become key assets of the engineering work-flow. The intention of this work is to show how multi-disciplinary integration, work-flow automation and CFD-enhanced thermal modelling methods can be used efficiently to support the aero engine preliminary design phase, with focus on the high pressure turbine subsystem. A Java based common design environment for the engine secondary air system, rotors and thermal design disciplines has been developed. This design environment enables the automatic generation of CAD, flow network and thermal models. The improvements in terms of process agility and model prediction accuracy are demonstrated with the application of the implemented process to a reference high pressure turbine subsystem. For validation purposes, the preliminary design definition of the reference turbine case is reproduced. The automatically generated secondary air system and thermal models can replicate the same level of detail as the previous manual approach. It was found that the CFD-enhanced thermal model improves the prediction accuracy in the preliminary design stage, when no engine test data is available. N2 - Der Stand der Technik in der Triebwerkskonstruktion und -berechnung sind ausgereifte Methoden, die über Jahrzehnte entwickelt und in Computerprogrammen umgesetzt wurden. Nach dem klassischen Ansatz der Vorauslegung von Flugtriebwerken wird der komplexe Entwicklungsprozess in Disziplinen und Teilaufgaben aufgeteilt. Dadurch führen verschiedene Fachleute die zeitaufwendigen Modellierungsarbeiten durch. Aufgrund der steigenden Anforderungen an die Leistung eines Flugtriebwerks und zur Reduzierung der Entwicklungszeiten entwickeln sich Prozessintegration, Modellgenauigkeit und Prozessgeschwindigkeit zu Schlüsselfaktoren. Mit dieser Arbeit soll gezeigt werden, wie fachübergreifende Integration, Automatisierung und CFD-erweiterte Thermalmodellierungsmethoden zur effizienten Unterstützung in der Triebwerksvorauslegung eingesetzt werden können. Dafür wurde eine Java-basierte Vorauslegungsumgebung für die Integration der Disziplinen Sekundärluftsystemauslegung, Turbinenscheibenkonstruktion und Wärmeübergang entwickelt, welche die automatisierte Erzeugung von CAD-, Strömungsnetzwerk- und Thermalmodellen ermöglicht. Der implementierte Prozess wird auf eine existierende Hochdruckturbine als Bezugsfall angewendet, wodurch die Verbesserung der Prozessgeschwindigkeit und der Genauigkeit der Temperaturvorhersage aufgezeigt wird. Zur Validierung dieser Arbeit wird die Vorauslegung des Bezugsfalls nachgebildet. Dabei wird deutlich, dass mit diesem automatisierten Prozess die gleiche Modelltreue erreicht werden kann, wie mit dem bisher genutzten manuellen Prozess. Außerdem konnte mittels der CFD-erweiterten Thermal-modellierung die Temperaturvorhersage für Turbinenscheiben in der Vorauslegungsphase verbessert werden. KW - Aero engine design system KW - Secondary air system KW - Turbine rotor KW - Thermal modelling KW - Process integration KW - Triebwerkskonstruktion KW - Sekundärluftsystem KW - Thermal Modellierung KW - Prozessintegration KW - Flugtriebwerk KW - Konstruktion KW - Wärmeübertragung KW - Modellierung Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-36011 ER - TY - THES A1 - Fongwa, Ernest Anye T1 - A business modelling approach using petri nets to preserve ecosystem services by community-based financial participation T1 - Modellierung von Geschäftsprozessen mit Petri-Netzen zur Erhaltung von Ökosystemdienstleistungen auf der Grundlage einer finanziellen Beteiligung von Gemeinden N2 - Nature protection has been a challenge for a long time due to continuous activities that reduced ecological processes and functions of the natural environment. These ecological processes and function provide huge benefits to humans and their communities known as Ecosystem Services (ES). ES are the benefits people derive from natural ecosystems. Many policy measures such as legal and voluntary protections have been used to preserve ES. But continuous increasing threats on the natural environment show that additional policy instruments are needed to achieve targets for environmental protection and sustainability. There are increasing land degradation, desertification, flooding, water shortage, climate change, which is mainly due to the sinks in ES. The problem is that ES are often considered as free goods making it different for their preservation. Even though tax policy for payment for ES has been used to encourage their preservation, they are reducing in supply. This is due to social dilemmas like differences in preferences, free riders and “tragedy of the Common” problems that are usually the case in resource distribution. Therefore tax systems may not lead to substantial preservation of ES. This has been argued on using utility theories and introduced market-base instruments for preserving ES as one way of achieving policy targets for nature protection. But for this Market for Ecosystem Services (MES) to grow, incentive and motivation schemes are needed to encourage multi-actors interaction in them. This has led to the establishment of a Community-based Financial Participation (CFP) framework as incentive and motivation schemes for business development for preserving ES. This thesis uses socio-economic and ecological concepts to argue for MES and developed a business modelling framework with Petri net. This involves multi-actors’ interaction for the demand and supply for ES (multi-agent interaction) that are modelled for estimating their flows over a landscape for supporting policy targets based on market structures. It also modelled future scenario for achieving environmental balancing for preserving ES and provide a management framework for MES. The management scheme comprises of an estimating model for ES, and models for management scheme and CFP. This provides the basis of using Petri net modelling framework for CFP to foster the growth of MES as options for preserving ES. Petri nets modelling techniques is used in simulating multi-agent interaction for the demand and supply of ES that are couple with management and CFP models to form a unified system approach. Petri nets have been used in many disciplines, but this is the first attempt in its use for modelling ES. CFP has also been developed with the framework of the research for this thesis. UNESCO Biosphere Reserve Spreewald (BRSW) in the Lusatian region of south Brandenburg in Germany is taken as an experimental area for testing the concepts and models developed within the thesis research. The results of this thesis show that MES is a potential for achieving targets for preserving ES, which can contribute to nature protection. This has been justified through data sampling, analytical schemes and management support systems that have been provided in the business modelling and simulation framework in this thesis. N2 - Seit langer Zeit ist der Naturschutz eine Herausforderung aufgrund der fortlaufenden Aktivitäten, die ökologische Prozesse und Funktionen der natürlichen Umwelt beeinträchtigen. Diese ökologischen Prozesse und Funktionen stellen für die Menschen und ihre Gemeinschaften einen sehr großen Nutzen in Form von Ökosystem-Dienstleistungen (engl.: Ecosystem Services, ES) dar. ES sind der Gewinn, den Menschen aus den natürlichen Ökosystemen ziehen. Viele politische Maßnahmen wie gesetzliche und freiwillige Schutzmaßnahmen zielen darauf ab, ES zu bewahren. Aber zunehmende Bedrohungen der natürlichen Umwelt zeigen, dass zusätzliche politische Instrumente zur Erreichung von Umweltschutzzielen und zur Förderung der Nachhaltigkeit notwenig sind. Zunehmende Devastierung, Versteppung, Überschwemmungen, Wasserknappheit und Klimaveränderungen werden hauptsächlich durch die Verringerung der verfügbaren ES verursacht. Das Problem ist, dass ES häufig als kostenlose Waren angesehen werden, was ihre Erhaltung erschwert. Das Angebot an ES verringert sich trotz einer Steuerpolitik als Zahlung für ES. Dies ist auf soziale Dilemmata wie unterschiedliche Präferenzen, die Trettbrettfahrerproblematik und die „Tragödie der Allgemeinheit“ zurückzuführen, die für Ressourcenverteilungsprobleme typisch sind. Folglich können Steuersysteme möglicherweise nicht wesentlich zur Erhaltung von ES beitragen. So wurde in der Nutzentheorie argumentiert, was zur Einführung marktbasierter Instrumente zur Erhaltung von ES und zur Erreichung politischer Ziele im Naturschutz führte. Aber für das Wachstum dieses Marktes von Ökosystem-Dienstleistungen (MES) sind Anreiz- und Motivationsentwürfe erforderlich, um die Interaktion mehrerer Aktoren in ihnen anzuregen. Dies führt zur Einrichtung eines gemeinschaftsbasierten Rahmens der finanziellen Beteiligung (CFP) als Anreiz- und Motivationsentwurf für gesellschaftliche Entwicklung für den Erhalt von ES. Diese Doktorarbeit verwendet sozioökonomische und ökologische Konzepte, um für MES zu argumentieren und entwickelt ein Geschäft, das diesen Rahmen mit einem Petrinetz modelliert. Dieses bezieht Interaktionen der Multiagenten für die Nachfrage und das Angebot der ES mit ein (Multiagenten Interaktion). Das Modell schätzt die Flüsse von ES auf der Grundlage eines Entscheidungshilfesystems zur politischen Zielerreichung. Es modelliert auch ein zukünftiges Szenarium für die Erreichung einer Umweltbilanz für den Erhalt von ES und stellt einen Managementrahmen für MES zur Verfügung. Der Managemententwurf besteht aus einem Schätzmodell für ES und Modellen für den Managemententwurf und CFP. Dies ist die Basis für die Anwendung des Petrinetzmodellierungsrahmens, damit CFP das Wachstum von MES als Möglichkeit für den Erhalt von ES fördert. Die Petrinetzmodellierungstechniken werden verwendet um Multiagent-Interaktionen der Nachfrage und des Angebotes von ES zu simulieren. Diese sind mit dem Management und den CFP-Modellen in einem einheitlichen System gekoppelt (Einheitsmodell). Petrinetze sind in vielen Disziplinen verwendet worden, aber dieses ist der erste Versuch einer Anwendung zur Modellierung von ES. CFP ist im Rahmen der Forschung für diese Doktorarbeit entwickelt worden. Das UNESCO-Biosphärenreservat Spreewald (BRSW) in der Lusatian Region von Südbrandenburg in Deutschland wird als experimenteller Bereich für die Prüfung der Konzepte und der Modelle zugrunde gelegt, die in der Doktorarbeit entwickelt werden. Die Resultate dieser Doktorarbeit zeigen, dass MES ein Potenzial besitzt, die Ziele für den Erhalt von ES zu erreichen, was zum Naturschutz beitragen kann. Dieses wurde durch Datenprobenahme, analytische Entwürfe und Managementstützsysteme gezeigt, die im Geschäftsmodellieren und im Simulationsrahmen in dieser Doktorarbeit entwickelt worden sind. KW - Biosphärenreservat Spreewald KW - Ökosystem KW - Dienstleistung KW - Petri-Netz KW - Modellierung KW - Ökosystemdienstleistungen KW - Geschäftsmodellieren KW - Petrinetze KW - CFP KW - UNESCO-Biosphärenreservat Spreewald KW - Ecosystem services KW - Business modelling KW - Petri nets KW - CFP KW - UNESCO Biosphere Reserve Spreewald Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-22930 ER - TY - CHAP A1 - Pechmann, Stefan A1 - Hagelauer, Amelie A1 - Wenger, Christian A1 - Reichenbach, Marc T1 - 1. Memristor-Symposium 2023 T1 - 1. Memristor-Symposium 2023 N2 - The 1.Memristor-Symposium was held from 27-28.02.2023 in Bamberg. Young scientists and PhD students presented their research and covered several topics regarding ongoing memristive research in Germany. Several talks on the topic of memristive devices, their testing, modeling and usage were presented and discussed, covering the whole vertical integration from material and divice up to application level. N2 - Das 1.Memristor-Symposium fand am 27. und 28.02.2023 in Bamberg statt. Junge Wissenschaftler*innen und Doktorant*innen präsentierten dort ihre aktuelle Arbeit und deckten dabei mehrere Themengebiete aus der memristiven Forschung in Deutschland ab. Die Vorträge kommen aus dem Bereich der memristiven Bauteile, deren Test, Modellierung und Anwendung und decken dabei die volle vertikale Integration von Materialforschung über Bauteile bis hin zur Anwendungsebene ab. KW - Memristor KW - Memristive switching KW - RRAM KW - Modeling KW - Memristisches Schalten KW - Modellierung KW - Memristor KW - Modellierung Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-63489 ER -