TY - THES A1 - Asante-Annor, Asare T1 - Scientific principles for the protection of groundwater resources in Ghana T1 - Wissenschaftliche Prinzipien für den Schutz der Grundwasserresourcen in Ghana N2 - Groundwater is an important resource in Sub-Saharan Africa to supply water for domestic, industrial, mining and irrigation for agricultural purposes. In Ghana, groundwater supply program is mostly pragmatic to give people drinking water, however to ensure sustainability a long term groundwater management system is essential. One such approach is the use source protection (well protection) with the declaration and installation of protection zones. To achieve the goal of this research three hypothetical questions were asked which relates to the Availability and Vulnerability of groundwater, and the use of an analytical model to estimate source protection zones (SPZ). The regions of Adansi, Lawra, Sunyani and Sekyere West were chosen as study areas to test the hypothesis of this research with detailed investigation concentrating on Adansi area. The overall aim from the study areas was to estimate SPZ for Granite, Phyllite, Schist, Sandstone and weathered materials and give recommendations as to which activity should be permitted or otherwise within each of these zones. The available groundwater for a particular well or location was determined based on its hydraulic conductivity and specific capacity of a well. Regionalization of the available groundwater was achieved by comparing the results of the hydraulic conductivity and specific capacity with the regional structural map. To determine the vulnerability of the available groundwater, the radius of influence (ROI) for the different boreholes was determined using Sichard and Dupuits formula whilst for Source protection zones, Darcy and the volumetric equation was used. Results of hydraulic conductivity estimated from pumping test data for the five major rock types showed a trimodal distribution (E-5, E-6 and E-7 m/s). There was a general trend of decreasing hydraulic conductivity to decreasing transmissivity. Results of plots of specific capacity verses hydraulic conductivity shows that only rock types with hydraulic conductivity greater than E-5 m/s yields sustainable groundwater supply. Three aquifer types were encountered in the study areas which were pore aquifers in shallow or alluvial, regolith and fracture aquifers in bedrocks. High hydraulic conductivity from the different rock types corresponds to higher ROI. The results of hydraulic conductivity, specific capacity, ROI and SPZ are used as input parameters for the estimation of the suitability of a groundwater source. A ranking matrix was developed for easy interpretation of hydrogeological data by combining the results of the input parameters into a single score. Results from the ranking matrix were used to determine specific regulations for the various aquifers in the study areas. Within the fractured crystalline rocks with k ≥E-5m/s siting of wells should target fracture zones whilst pumping during abstraction phase can exceed 15m3/s/m. The intermediate source protection zone should be at least 150m. Conclusions from the study could be applied in other areas of Ghana and be implemented during the initial development, abstraction and groundwater policy phases of other groundwater projects. N2 - Grundwasser ist im subsaharischen Afrika eine wichtige Ressource für die Bereitstellung von Wasser in privaten Haushalten, Industrie, Bergbau und zur Bewässerung in der Landwirtschaft. In Ghana sind die Grundwassermaßnahmen vorrangig zum Zweck der Trinkwasserbereitstellung eingesetzt worden. Um jedoch Nachhaltigkeit zu gewährleisten, muss auf langfristiger Sicht ein Grundwasser-Management-System eingerichtet werden. Eine mögliche Herangehensweise zum Ressourcenschutz kann die Festlegung von Schutzzonen sein. Ziel der Arbeit ist es, unter Beachtung der naturräumlichen Bedingungen des Landes sowie des hydrogeologischen Kenntnisstandes dafür die wissenschaftlichen Grundlagen zu erarbeiten. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden die Untersuchungen auf drei Schwerpunkte ausgerichtet, erstens die Verfügbarkeit der Grundwasserressourcen, zweitens ihre Anfälligkeit (Vulnerabilität) gegenüber Kontamination und drittens die Erarbeitung eines analytischen Modells für die Ausweisung von Schutzzonen. Die Regionen Adansi, Lawra, Sunyani und Sekyere West wurden als Untersuchungsgebiete ausgewählt, um die Hypothese dieser Arbeit anzuwenden. Detailliertere Untersuchungen erfolgten dabei in Adansi. Ziel war es, allgemeingültige Erkenntnisse aus dem Untersuchungsgebiet für die Ausweisung von Schutzzonen für die Grundwasserleiter Granit, Phyllit, Schiefer, Sandstein sowie Verwitterungsgesteine zu ermitteln und Empfehlungen für erlaubte und verbotene Aktivitäten innerhalb der Schutzzonen zu formulieren. Die verfügbare Menge an Grundwasser eines bestimmten Brunnens wurde über die hydraulische Leitfähigkeit und die spezifische Brunnenleistung ermittelt. Zur Lokalisierung des verfügbaren Grundwassers wurden die Ergebnisse der hydraulischen Leitfähigkeit und der spezifischen Brunnenleistung mit der geotektonischen Karte verglichen. Zur Bestimmung der Anfälligkeit des verfügbaren Grundwassers wurde der Einflussradius der Brunnen mit Hilfe der Formeln von Sichard und Dupuit errechnet. Die Ausweisung der Schutzzonen erfolgte nach Darcy- bzw. der Volumenstromberechnung. Die Ergebnisse der hydraulischen Leitfähigkeit, welche aus Pumpversuchen innerhalb der verschiedenen Gesteinstypen ermittelt wurden, ergaben eine trimodale Verteilung (E-5, E-6 und E-7 m/s). Es zeigte sich eine Tendenz von abnehmender hydraulischer Leitfähigkeit mit abnehmender spezifischer Brunnenleistung und verminderter Transmissivität. Die Ergebnisse aus den Abhängigkeitsdiagrammen der spezifischen Brunnenleistung aufgetragen gegen den Durchlässigkeitsbeiwert zeigen, dass nur Gesteine mit einer hydraulischen Leitfähigkeit größer als E-5 m/s nachhaltig Grundwasser spenden können. Drei Grundwasserleitertypen wurden im Untersuchungsgebiet angetroffen, nämlich Porengrundwasserleiter in fluviatilen Ablagerungen, im Regolith und Kluftaquifere im Festgestein. Hohe hydraulische Leitfähigkeiten korrespondieren mit größeren Einflussradien und umgekehrt. Die Ergebnisse der hydraulischen Leitfähigkeit, der spezifischen Brunnenleistung, den Einflussradien und der berechneten Schutzzonen wurden als Inputparameter zur Abschätzung der Eignung einer Grundwasser-Quelle verwendet. Eine Ranking-Matrix wurde entwickelt, um die Interpretation der geologischen Daten zu erleichtern. Dabei wurden die Inputparameter in eine einzige Score kombiniert. Die Ergebnisse aus der Ranking-Matrix wurden verwendet, um spezifische Regelungen für die verschiedenen Grundwasserleitertypen abzuleiten. Beispielsweise sollten innerhalb gebrochener Gesteine Brunnenstandorte mit k ≥ E-5 m/s in Störungszonen anvisiert werden. Die spezifische Brunnenleistung kann in der Gewinnungsphase mit 15m3/s/m kalkuliert werden. Der intermediäre Schutzzonenbereich sollte mindestens 150 m betragen. Die Erkenntnisse dieser Studie können in anderen hydrogeologischen Bereichen Ghanas angewendet werden und während der Erkundungs- und Gewinnungsphase sowie bei der Erstellung von Richtlinien zum Einsatz kommen. KW - Ghan KW - Grundwasser KW - Wasserwirtschaft KW - Umweltschutz KW - Gewässerschutz KW - Grundwasser KW - Umweltschutz KW - Gefährdung KW - Verfügbarkeit KW - Ghana KW - Groundwater KW - Protection KW - Vulnerability KW - Availability KW - Ghana Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-26707 ER - TY - CHAP A1 - Ascheid, Gerd A1 - Wang, Gaojian A1 - Birke, Sebastian A1 - Wehn, Norbert A1 - Herrmann, Matthias A1 - Wang, Yanlu A1 - Hanay, Oner A1 - Bayram, Erkan A1 - Negra, Renato T1 - LP100 : optimization of 100 Gb/s short range wireless transceivers under processing energy constraints T1 - LP100 : Optimierung eines 100-Gb/s-Kurzreichweiten-Funk-Transceivers unter Prozess-Energie-Bedingungen T2 - Wireless 100 Gbps and beyond : architectures, approaches and findings of German Research Foundation (DFG) Priority Programme SPP1655 N2 - In 2012 a group of researchers proposed a basic research initiative to the German Research Foundation (DFG) as a special priority project (SPP) with the name: Wireless 100 Gbps and beyond. The main goal of this initiative was the investigation of architectures, technologies and methods to go well beyond the state of the art. The target of 100 Gbps was set far away from the (at that time) achievable 1 Gbps such that it was not possible to achieve promising results just by tuning some parameters. We wanted to find breakthrough solutions. When we started the work on the proposal we discussed the challenges to be addressed in order to advancing the wireless communication speed significantly. Having the fundamental Shannon boundary in mind we discussed how to achieve the 100 Gbps speed. N2 - Angesichts der rapiden Entwicklung der Funkkommunikation hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Jahr 2012 ein Schwerpunktprogramm mit dem Titel "Wireless 100 Gbps and beyound" (dt.: Drahtloskommunikation mit 100 Gbps und mehr) gestartet. Diese Initiative zielte auf neue Lösungen, Methoden und neues Wissen zur Lösung des Problems des kontinuierlichen Bedarfs an immer höheren Datenraten im Bereich der Funkkommunikation. Eine international besetze Jury hat etliche Projektvorschläge evaluiert, aus denen 11 Projekte ausgewählt und über zweimal 3 Jahre von Mitte 2013 bis Mitte 2019 gefördert wurden. Das vorliegende Buch versammelt die Ansätze, Architekturen und Erkenntnisse der Projekte. Es überspannt einen breiten Themenbereich, angefangen mit speziellen Fragen der physikalischen Übertragung, des Antennendesigns und der HF-Eingangs-Architekturen für unterschiedliche Frequenzbereiche bis 240 GHz. Darüber hinaus beschreibt das Buch Ansätze für Ultra-Hochgeschwindigkeits-Funksysteme, deren Basisbandverarbeitung, Kodierung sowie mögliche Umsetzungen. Nicht zuletzt wurden auch Fragen des Protokolldesigns behandelt, um eine enge Integration in moderne Computersysteme zu erleichtern. KW - 100 Gbps KW - Wireless KW - Drahtlos KW - Short range wireless transceiver KW - Kurzreichweiten-Funk-Transceiver KW - Drahtloses Sensorsystem KW - Hochfrequenztechnik KW - Antenne KW - Terahertzbereich KW - Energieffizienz Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.26127/BTUOpen-5906 SP - 1 EP - 35 ER - TY - THES A1 - Asegehegn, Teklay Weldeabzgi T1 - Investigation of bubble hydrodynamics in gas-solid fluidized beds containing immersed horizontal tube banks for lignite drying application T1 - Untersuchung der Blasenhydrodynamik in Gas-Feststoff-Wirbelschichten mit eingetauchten, horizontalen Rohrbündeln zur Anwendung der Braunkohletrocknung N2 - In bubbling fluidized beds, bubble characteristics such as size, shape and velocity have a vital influence on the hydrodynamics of the bed and hence on its performance as a chemical reactor and/or a heat exchange unit. In many industrial applications such as lignite dryer heat transfer tubes are usually inserted to enhance the rate of heat and mass transfer and chemical conversion. However, their presence strongly influences the bubbling behavior of the beds. Therefore, reliable design and scale-up of these systems come only after fundamental understanding of the bubbling behavior is achieved. Therefore, in this research work the influences of tube bank geometries and particle size on bubble characteristics were thoroughly investigated. In this research work, both numerical and experimental studies were employed. For the experimental measurements, a new nonintrusive digital image analysis technique was developed. The technique allowed for the simultaneous measurements of bed expansion and various bubble properties. An in-house software was developed to fully automate the image acquisition and data processing procedure. For the numerical studies, the Eulerian-Eulerian two-fluid model based on the kinetic theory of granular flow was used. Though, this CFD model has been considered as a fundamental tool for modeling gas-solid fluidized beds, its quantitative validation remains insufficient for a wide range of reactor geometries and operating conditions. Therefore, in this work validation of the model using experimental measurements of bed expansion and bubble properties obtained from a pseudo-two-dimensional fluidized bed was performed. The influence of two-dimensional simulations and different modeling parameters such as the friction packing limit, drag model and solid-wall boundary conditions were investigated. The two-fluid model generally showed reasonable agreement with the experimental measurements of pressure drop, bed expansion and bubble properties in bubbling regime. However, as the gas superficial velocity is increased and the bed moved towards slugging and turbulent regimes a big deviation arose and the two-fluid model failed to predict reasonably the fluidized bed hydrodynamics for the freely bubbling bed. The mean bubble properties predicted by two-dimensional simulations were in reasonable agreement with experiments at lower superficial velocities. They deviated at higher bed height and this was more pronounced at higher gas superficial velocities. The results from three-dimensional simulations were in better agreement with the experimental measurements; however, the computational effort need was very high making them impractical for parametric studies and sensitivity analyses. It was also showed that the choice of friction packing limits, drag laws and specularity coefficients have little influence on the bubble properties. For a bubbling bed, both experimental measurements and numerical simulations showed that inserting horizontal tube banks had either no or marginal influence on the static bed pressure drop and bed expansion. On the other hand, bubble hydrodynamics were strongly influenced and controlled by the geometry of the immersed tubes. In freely bubbling fluidized beds bubble size as well as rise velocity increased with bed height and superficial velocity. In beds with immersed tubes, such general trends were completely disturbed. Tubes appeared to restrict rapidly growing bubbles. As a result the mean bubble diameter and rise velocity were lower in the vicinity of the tube banks than in the freely bubbling bed. Results from different particle sizes showed that in a freely bubbling bed increasing the mean particle size increased the bubble diameter and rise velocity as well as bed expansion. In fluidized beds with dense horizontal tubes on the other hand, the mean bubble properties were almost independent of the particle sizes. N2 - In blasenbildenden Wirbelschichten haben die Eigenschaften der Blasen wie Größe, Form und Geschwindigkeit einen grundlegenden Einfluss auf die Hydrodynamik der Wirbelschicht und damit auf die Leistungsfähigkeit als verfahrenstechnischer Reaktor und/oder Wärmeübertragungseinheit. In vielen industriellen Anwendungen, wie der Trocknung von Braunkohle, werden Rohre eingebracht, um die Wärme- und Stoffübertragung sowie chemische Umwandlungen zu verbessern. Ihre Anwesenheit beeinflusst das Verhalten der Blasen stark. Daher kann eine zuverlässige Auslegung und ein Scale-up dieser Systeme nur mit einem grundlegenden Verständnis des Blasenverhaltens erreicht werden. In dieser Forschungsarbeit wurde der Einfluss der Rohranordnungen und Partikelgröße auf die Blaseneigenschaften untersucht. Zu diesem Zweck wurden sowohl numerische als auch experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Für die experimentellen Messungen wurde eine neuartige, nicht-intrusive Bildanalysetechnik entwickelt. Sie erlaubt eine simultane Messung der Wirbelschichtausdehnung und verschiedener Blaseneigenschaften. Um die Bildverarbeitung und -analyse vollständig zu automatisieren, wurde eigens eine Software entwickelt. Für die numerischen Untersuchungen wurde das Euler-Euler Two-Fluid Model basierend auf der Kinetic Theory of Granular Flow angewendet. Dieses CFD-Modell wird als grundlegendes Hilfsmittel zur Modellierung von Gas-Feststoff-Wirbelschichten angesehen und wurde in den letzten Jahrzehnten intensiv angewendet. Dennoch ist seine Validierung für einen weiten Bereich von Reaktorgeometrien und Betriebsbedingungen unzureichend. In dieser Arbeit wurde die Validierung des Modells mittels experimenteller Messungen von Wirbelschichtausdehnung und Blaseneigenschaften in einer quasi-2D Wirbelschicht durchgeführt. Der Einfluss zweidimensionaler Simulation und verschiedener Parameter wie dem Reibungspackungslimit, dem Widerstandsmodell und der Partikel-Wand-Randbedingungen wurde untersucht. Das Two-Fluid Model zeigt im Allgemeinen eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Messungen von Druckverlust, Wirbelschichtausdehnung und Blaseneigenschaften im blasenbildenden Regime. Bei höheren Geschwindigkeiten, wenn sich die Wirbelschicht im stoßenden oder turbulenten Regime befindet, stiegen allerdings die Abweichungen an und das Two-Fluid Model konnte die Wirbelschichthydrodynamik für freie Wirbelschichten nicht mehr zuverlässig berechnen. Die von zweidimensionalen Simulationen ermittelten mittleren Blaseneigenschaften waren für niedrigere Leerrohrgeschwindigkeiten in guter Übereinstimmung mit dem Experiment. Sie wichen in größerer Höhe und insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten zunehmend davon ab. Obwohl die Ergebnisse dreidimensionaler Simulationen besser mit den experimentellen Messungen übereinstimmten, machte der extrem hohe Rechenaufwand diese für parametrische Studien und Sensitivitätsanalysen unmöglich. Es zeigte sich ebenfalls, dass die Wahl des Reibungspackungslimits, Widerstandsmodells und Reflektionskoeffizienten nur einen geringen Einfluss auf die Blaseneigenschaften hat. Für blasenbildende Wirbelschichten zeigten experimentelle Messungen und numerische Simulationen, dass eingetauchte horizontale Rohrbündel keinen oder nur einen marginalen Einfluss auf den Druckverlust und die Wirbelschichtausdehnung haben. Die Blasenhydrodynamik wurde demgegenüber stark von der Anordnung der eingetauchten Rohre beeinflusst und bestimmt. In freien, blasenbildenden Wirbelschichten stieg die Blasengröße und -geschwindigkeit mit zunehmender Höhe und Leerrohrgeschwindigkeit an. In Wirbelschichten mit eingetauchten Rohren wurden solche generellen Trends gestört. Die Rohre beschränken ein schnelles Wachsen der Blasen. Als Folge daraus waren die mittleren Blasengrößen und -geschwindigkeiten in der Nähe der Rohrbündel geringer als in freien blasenbildenden Wirbelschichten. Ergebnisse von unterschiedlichen Partikelgrößen zeigten, dass Blasengröße, -aufstiegsgeschwindigkeit und Wirbelschichtausdehnung in freien Wirbelschichten mit zunehmender mittlerer Partikelgröße ansteigen. In Wirbelschichten mit dicht gepackten horizontalen Rohren waren die mittleren Blaseneigenschaften demgegenüber nahezu unabhängig von den Partikelgrößen. KW - Wirbelschicht KW - Blase KW - Hydrodynamik KW - Zweiphasenströmung KW - Bildanalyse KW - Wirbelschicht KW - Blasenhydrodynamik KW - Eingetauchte horizontale Rohre KW - Two-Fluid Model KW - Automatisierte Bildanalyse KW - Fluidized Beds KW - Bubble Hydrodynamics KW - Immersed Horizontal Tubes KW - Two-Fluid Model KW - Digital Image Analysis Technique Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-23578 ER - TY - JOUR A1 - Asli, Majid A1 - Kim, Dongsuk A1 - Höschler, Klaus T1 - On the potentials of the integration of pressure gain combustion with a hybrid electric propulsion system T1 - Über die Möglichkeiten der Integration der Druckverstärkungsverbrennung in ein hybrides elektrisches Antriebssystem N2 - As the issue of pollutant emissions from aviation propulsion escalates, research into alternative powertrains is gaining momentum. Two promising technologies are the Hybrid Electric Propulsion System (HEPS) and Pressure Gain Combustion (PGC). HEPS is expected to reduce pollutant emissions by decreasing fuel consumption, whereas PGC uses detonation in the combustor to increase the thermal efficiency of engines by elevating the total pressure during combustion. This study extensively explores the integration of these two emerging technologies, thoroughly assessing the advantages that arise from their combination. First, the renowned turboprop engine PW127 is benchmarked and modeled using Gasturb software. The model is integrated into Simulink using the T-MATS tool, with HEPS and pressure gain components added to analyze the thermodynamics of various configurations under different pressure gain values and HEPS parameters. The analysis, conducted up to the cruise phase of the baseline aircraft, reveals that applying pressure gain combustion through Rotating Detonation Combustion (RDC) results in a more significant increase in efficiency and decrease in fuel consumption compared to HEPS with conventional gas turbines. However, HEPS helps maintain a more uniform combustor inlet condition and reduces the Turbine Inlet Temperature (TIT) at the takeoff phase, where the highest TIT otherwise occurs. The results suggest that integrating HEPS with PGC can be beneficial in maintaining optimal combustor conditions and mitigating turbine efficiency degradation. N2 - Da das Problem der Schadstoffemissionen von Flugantrieben eskaliert, gewinnt die Forschung an alternativen Antriebssträngen zunehmend an Dynamik. Zwei vielversprechende Technologien sind das Hybrid Electric Propulsion System (HEPS) und die Pressure Gain Combustion (PGC). Es wird erwartet, dass HEPS die Schadstoffemissionen durch einen geringeren Kraftstoffverbrauch reduziert, während PGC die Detonation in der Brennkammer nutzt, um den thermischen Wirkungsgrad von Motoren durch Erhöhung des Gesamtdrucks während der Verbrennung zu erhöhen. Diese Studie untersucht ausführlich die Integration dieser beiden neuen Technologien und bewertet gründlich die Vorteile, die sich aus ihrer Kombination ergeben. Zunächst wird das renommierte Turboprop-Triebwerk PW127 mithilfe der Gasturb-Software einem Benchmarking unterzogen und modelliert. Das Modell wird mit dem T-MATS-Tool in Simulink integriert, wobei HEPS- und Druckverstärkungskomponenten hinzugefügt werden, um die Thermodynamik verschiedener Konfigurationen unter verschiedenen Druckverstärkungswerten und HEPS-Parametern zu analysieren. Die Analyse, die bis zur Reiseflugphase des Basisflugzeugs durchgeführt wurde, zeigt, dass die Anwendung der Druckverstärkungsverbrennung durch Rotating Detonation Combustion (RDC) im Vergleich zu HEPS mit herkömmlichen Gasturbinen zu einer deutlicheren Effizienzsteigerung und Reduzierung des Treibstoffverbrauchs führt. HEPS trägt jedoch dazu bei, einen gleichmäßigeren Brennkammereinlasszustand aufrechtzuerhalten und reduziert die Turbineneinlasstemperatur (TIT) in der Startphase, wo sonst die höchste TIT auftritt. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Integration von HEPS mit PGC dazu beitragen kann, optimale Brennkammerbedingungen aufrechtzuerhalten und die Verschlechterung der Turbineneffizienz abzumildern. KW - Pressure gain combustion KW - Hybrid electric propulsion KW - Rotating detonation combustion KW - Druckverstärkungsverbrennung KW - Rotierende Detonationsverbrennung KW - Hybrid-Elektroantrieb KW - Propeller-Turbinen-Luftstrahltriebwerk KW - Hybridantrieb KW - Verbrennung KW - Schadstoffemission KW - Emissionsverringerung Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.3390/aerospace10080710 ER - TY - JOUR A1 - Asli, Majid A1 - Mhgoub, Mosaab A1 - Klaus, Höschler T1 - Numerical investigation of a turbine working with a highly unsteady exhaust flow of a hydrogen-driven rotating detonation combustion JF - International Journal of Thermofluids N2 - Traditionally, turbomachines are designed for steady-state operations around which they achieve optimal performance and efficiency. However, in novel applications, a turbomachine may be exposed to unsteady flow forcing the machine to operate under fluctuating off design conditions. Pressure Gain Combustion (PGC) through detonation can be an extreme example of unsteady flow which affects the turbine performance adversely. The efficient way of energy extraction from PGCs is still an open question which needs extensive turbine design optimizations for such unsteady flow. Any flow field optimization problem in such applications needs a multitude of simulations, which can be too computationally expensive to be utilized as it is realized as an unsteady 3D-CFD problem. In this regard, the current study aims at proposing and evaluating an approach for optimizing a turbine working under highly unsteady exhaust flow of a Rotating Detonation Combustion (RDC). A two stage turbine is placed downstream an RDC and the turbine inlet condition is calculated by a 2D-Euler simulation tool. A turbine optimization problem is defined and three optimization processes with an objective of minimizing entropy are performed using steady-state 3D-CFD simulation as the objective function evaluator. The turbine inlet boundary conditions in the three optimization efforts include peak, mean and trough values of the RDC outlet pulsating flow condition. Finally, detailed unsteady simulations are carried out for the three new geometries and compared with the baseline turbine. The results showed that the steady-state Reynolds Averaged Navier Stocks (RANS) simulations can be utilized using either mean or trough values of the pulsating boundary condition in iterating a design optimization problem, instead of full unsteady RANS simulations applying time and circumferential location dependent boundary conditions. Given the specific RDC boundary condition and the turbine geometry in this study, the optimized turbine exhibited up to 7.71% less entropy generation and up to 7% higher output power compared to the baseline counterpart in unsteady operation. This approach enables a more efficient design optimization process while accounting for the complex dynamics of the RDC exhaust flow. Overall, the approach presented in this paper is practical for optimizing highly unsteady turbomachines specifically for the case of RDCs during any early design optimization procedure, addressing the computational challenges associated with simulating unsteady flows while ensuring the turbine’s effectiveness under real operating conditions. KW - Unsteady turbine KW - Entropy generation KW - Rotating detonation KW - Optimization KW - Computational fluid dynamic Y1 - 2025 U6 - https://doi.org/10.1016/j.ijft.2025.101356 SN - 2666-2027 VL - 29 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - THES A1 - Asong, Fred Zisuh T1 - Recycling and material recovery in Cameroon: Implications for poverty alleviation and ecological sustainability T1 - Recycling und Wiederverwertung in Kamerun: Auswirkungen auf die Armutsbekämpfung und ökologische Nachhaltigkeit N2 - Recycling and material recovery are gaining more grounds in applicability as viable options to sustainable solid waste management especially in Municipal Solid Waste Management (MSWM) schemes. In this dissertation a critical analyzes is made of the MSWM problem in Cameroon and an assessment of the role Small- and Medium-Size Enterprises have been playing in the area of recycling and material recovery. The main research methods applied in this research include: fieldwork, administration of questionnaires, interview and literature review. Using two case study localities (Limbe and Buea municipalities), the various practices in MSWM are elaborated, the constraints and challenges faced by management discussed and proposals for either expanding/upgrading existing schemes to be more sustainable as well as strategies to initiate new systems presented. Innovations within collection systems such as the introduction of household bins and specialized collection of specific waste could be quite beneficial to existing schemes. Waste Electrical and Electronic Equipment (WEEE) which constitute one of the fastest growing waste streams presents greater management challenges. Two case study localities (Buea and Kumba) are used to analyze the problem of WEEE in Cameroon. An overview of the handling of Electrical and Electronic Equipment (EEE) at end-of-life (EoL) in Cameroon is made with special focus on households and repair units. At household level, WEEE is disposed of alongside other waste arisings in the available disposal facilities for given household. Repair units represent a very vital connection between dysfunctional EEE and EoL forms as all users of EEE tend to bring these devices to these units for repairs. An inventory of the various EEE at repair units for these two localities shows that above 40% percent of such equipments are totally out of use. In Kumba, Classes 1 and 4 EEE (according to EU WEEE directive classification) dominate while class 3 is almost absent. In Buea, Class 3 and 4 are dominant. These results show that socio-cultural, economic and even climatic factors influence the choice of EEE that people in this area acquire. The intense level of repair activities and recovery of useful parts by repair units show that there exist adaptable options to handle WEEE in especially economically and environmentally beneficial ways. The recycling of aluminum for production of household utensils represents a very basic and adaptive industrial set-up, which can easily be operated and run at very cheap cost and with a little manpower. While this venture seems apparently successful in economic terms as an option to poverty alleviation through income generation, it is plagued by some problems which, if given due consideration will render it a prospective option for poverty alleviation (through small enterprise business development) and environmental sustainability (as an option to sustainable MSWM). In this dissertation, a model is thus presented, which can be utilized by stakeholders to improve on the sector. An assessment of efforts and constraints to implementing comprehensive recycling and recovery schemes in Cameroon was also carried out. Results show that there are existing practices on which comprehensive recycling and recovery can be built upon that would be beneficial to both councils and engaged schemes – mostly SMEs and NGOs. The challenges faced and likely to be faced and the way forward to implementing any broad scale recovery and recycling are presented. If municipal councils choose to operate existing MSWM schemes without significant changes, then collective collaboration will be highly required. Such collaboration will present benefits to both waste collection and disposal. On the other hand, if they wish to expand schemes or create new schemes, adaptive innovation would be highly recommended. Such adaptive innovation would have to incorporate local practices and approaches of MSWM as well as socio-economic considerations so as to ensure new or expanded schemes survive within local socio-economic context. A greater challenge in enhancing recycling and material recovery in particular and MSWM in general, in Cameroon is on the role the government takes on designing appropriate policies and legislative frameworks to cover such activities in economically and ecological beneficial ways. In the absence of these, SMEs, councils and NGOs (working in partnership with other specialized groups) concerned with activities related to recycling and material recovery may be left with the option of regulating activities within their sectors as such activities stand to alleviate poverty and also present ecological benefits. N2 - Recycling und Wiederwertung gewinnen bei der Realisierung einer nachhaltigen Abfallwirtschaft insbesondere in Systemen für ein kommunales Abfallmanagement kontinuierlich an Bedeutung. In dierser Dissertation ist eine kritische Untersuchung dieser Problematik in Kamerun durchgeführt worden und eine Beurteilung, welche Rolle kleine und mittelständische Unternehmen bei Recycling und Wiederverwertung gespielt haben. Als wesentliche Untersuchungsmethoden sind Feldstudien, die Auswertung von Fragebögen, Interviews und Literaturauswertung zum Einsatz gekommen. Am Beispiel von zwei Fallstudien (der Gemeinde Limbe und Buea) werden die unterschiedlichen Praktiken herausgearbeitet, die Hemmnisse und Heausforderungen mit dem Management diskutiert und Vorschläge für einen Ausbau bzw. eine Verbesserung der existierenden Maßnahmen in Richtung stärkere Nachhaltigkeit sowie Strategien zur Initiierung neuer Systeme präsentiert. Innovationen bei Sammelsyste-men wie der Einführung von Hausmülltonen und getrennten Sammlung von besonderen Wertstoffen, können die bestehenden Maßnahmen ergänzen und die aktuellen Systeme verbessern. Waste Electrical and Electronic Equipment (WEEE, Elektro-Altgeräte) ist einer der am schnellsten wachsenden Zweige des Abfallaufkommens und stellen eine besonders hohe Herausforderung an das Management dar. Zwei Fallstudien (Buea und Kumba) werden herangezogen, um die Problematik des WEEE in Kamerun zu untersuchen. Es wird ein Überblick über die Handhabung von elektrischen und elektronischen Geräten in Kamerun am Ende des Lebenszyklus gegeben, der einen speziellen Fokus auf Haushalte und Reparaturwerkstätten hat. Elektroaltgeräte aus Haushaltungen, werden WEEE neben anderem Müllaufkommen in den verfügbaren Entsorgungeinrichtungen eingesammelt. Reparaturwerkstätten spielen eine entscheidende Rolle bei der Verlägerung des Lebens von Elektrogeräten, da diese häufig vor einer Entsorgung in die Werkstatt zu einer Reparatur abgegeben werden. Der Bestand dieser verschiedenen Elektrogeräte in den Reparaturwerkstätten dieser beiden Gemeinden zeigt, dass über 40% dieser Geräte veraltet sind. In Kumba dominierten die Klassen 1 und 4 (nach EU Klassifikation), während die Klasse 3 nahezu nicht vorhanden war. In Buea herrschen dagegen die Klassen 3 und 4 vor. Die Ergebnisse zeigen, dass das sozio-ökonomische Umfeld und sogar klimatische Faktoren das Anschaffungsverhalten von Elektrogeräten in einer Region beinflussen können. Der hohe Grad an Reparaturaktivitäten und die Rückgewinnung von Bauteilen durch die Reparaturwerkstätten zeigt, dass anpassungsfähige Optionen zum Umgang mit Elektrogeräten insbesondere unter ökonomisch und ökologisch sinnvollen Gesichtspunkten vorhanden sind. Das Recycling von Aluminium zur Herstellung von Haushaltswaren erfordert ein eifaches und anpassungsfähiges System, welches einfach und kostengünstig betrieben werden kann und nur wenig Personal benötigt. Während dieses Vorhaben unter ökonomischen Anforderungen als eine Option zur Verminderung der Armut aufgund der Einkommenserzielung offensichtlich erfolgreich scheint, treten auch Probleme auf, die allerdings bei entsprechender Berücksichtigung zukünftig die Grundlage zur Verminderung der Armut (aufgrund der Entwicklung von Kleinunternehmen) und für ökologische Nachhaltigkeit liefern. In dieser Dissertation, wird ein Modell aufgezeigt, das von Interessengruppen für Verbesserungen in diesem Beriech genutzt werden kann Eine Beurteilung der vorhandenen Anstrengungen und Hemmnisse, flächendeckende Recycling- und Verwertungssysteme in Kamerun einzuführen, wurde ebenfalls durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass es bestehende Methoden gibt, auf denen flächendeckende Recycling- und Verwertungssysteme mit einem Nutzen für Gemeinden und den engagierten Beteiligten - vorzugsweise kleine und mittelständische Unternehmen oder nichtstaatliche Einrichtungen (NGO) aufgesetzt werden können. Die sich stellenden Herausforderungen und der Weg, eine breite Wiederverwertung und ein hohes Recycling einzuführen, sind entsprechend dargelegt worden. Sofern sich Gemeinden entscheiden, die vorhandenen Systeme ohne signifikante Änderungen zu betreiben, ist eine Abstimmung und Zusammenarbeit unbedingt erforderlich. Eine derartige Zusammenarbeit wird Vorteile sowohl bei der Müllsammlung als auch bei der Müllentsorgung liefern. Sofern ein Ausbau der bestehenden Systeme oder die Einführung eines neuen Systems angestrebt wird, sind anpassungsfähige und flexible Innovationen nötig. Derartig flexible Systeme sollten lokale Ansätze für ein kommunales Abfallmanagement sowie die sozio-ökonomischen Rahmenbedingungen berücksichtigen, um sicherzustellen, dass die neuen oder erweiterten Systeme im lokalen, sozio-ökonomischen Umfeld bestehen. Eine hohe Herausforderung zur Verbesserung von Recycling und Wiederverwertung im speziellen und kommunales Abfallmanagement im allgemeinen wird in Kamerun an die öffentliche Verwaltung gestellt, die angemessene Richtlinien und den gesetzlichen Rahmen für derartige Aktivitäten unter Berücksichtigung vom ökonomischen und ökologischen Nutzen geben muss. Beim Ausbleiben dieser regulatorischen Grundlagen, werden SME´s, Gemeinden und NGO´s (in Zusammenarbeit mit weiteren, spezialisierten Gruppen), die sich mit Aktivitäten in Bezug auf Recycling und Wiederverwertung beschäftigen, allein gelassen, wobei diese innerhalb des Sektors bei der Verringerung der Armut unterstützen können und auch noch ökologische Vorteile erbringen können. KW - Kamerun KW - Armut KW - Recycling KW - Nachhaltige Entwicklung KW - Abfallwirtschaft KW - Recycling KW - Wiederverwertung KW - Armut KW - Nachhaltigkeit KW - Kamerun KW - Recycling KW - Recovery KW - Poverty KW - Sustainability KW - Cameroon Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-18979 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 - JOUR A1 - Assafo, Maryam A1 - Langendörfer, Peter T1 - Tool remaining useful life prediction using feature extraction and machine learning-based sensor fusion JF - Results in Engineering N2 - Tool remaining useful life prediction (RUL) is a critical task for predictive maintenance in manufacturing. Common limitations of existing data-driven solutions include: 1) Dependence on tool wear labels which are intricate to obtain on shop floors. 2) High resource requirements, affecting applicability on resource-constrained Internet-of-things devices. 3) Heavy feature engineering. To address these limitations, we present a methodology aiming at accurately predicting RUL without using wear labels, while ensuring implementation efficiency and minimal feature engineering. It involves extracting time-domain features and multiscale features using maximal overlap discrete wavelet transform (MODWT) from three cutting-force sensor signals. Without undergoing any feature selection or dimensionality reduction, the features are fed to machine learning (ML) regression models where they are fused into an RUL decision. For this purpose, one-to-one and sequence-to-sequence regression using random forest (RF) and different long short-term memory (LSTM) networks were used, respectively. The 2010 PHM Data Challenge milling dataset was used for validation. The results highlighted the significant role of sensor fusion in reducing prediction errors and increasing the performance consistency over three test cutters, compared to single sensors. Global interpretations were provided using RF-based feature importance analysis. Our methodology was compared with six existing state-of-the-art works, including different end-to-end deep learning (DL) models using raw data as input, and works coupling heavy feature engineering with DL. The results showed that our methodology consistently outperformed all the comparative methods over the test cutters, despite using fewer sensors, which further proves its competitiveness and suitability in resource- and sensor-constrained environments. KW - Cutting tool KW - Data-driven models KW - Feature extraction KW - Machine learning KW - Predictive maintenance Y1 - 2025 U6 - https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.107297 SN - 2590-1230 VL - 28 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - RPRT A1 - Auer, Peter A1 - Dósa, György A1 - Dulai, Tibor A1 - Fügenschuh, Armin A1 - Näser, Peggy A1 - Ortner, Ronald A1 - Werner-Stark, Ágnes ED - Fügenschuh, Armin T1 - A new heuristic and an exact approach for a production planning problem N2 - We deal with a very complex and hard scheduling problem. Several types of products are processed by a heterogeneous resource set, where resources have different operating capabilities and setup times are considered. The processing of the products follows different workflows, allowing also assembly lines. The goal is to process all products in minimum time, i.e., the makespan is to be minimized. Because of the complexity of the problem an exact solver would require too much running time. We propose a compound method where a heuristic is combined with an exact solver. Our proposed heuristic is composed of several phases applying different smart strategies. In order to reduce the computational complexity of the exact approach, we exploit the makespan determined by the heuristic as an upper bound for the time horizon, which has a direct in uence on the instance size used in the exact approach. We demonstrate the efficiency of our combined method on multiple problem classes. With the help of the heuristic the exact solver is able to obtain an optimal solution in a much shorter amount of time. N2 - Wir betrachten das folgende Planungsproblem: Verschiedene Arten von Produkten werden auf einer Menge von heterogenen Maschinen erstellt, welche unterschiedliche Betriebsarten und Umrüstzeiten haben. Die Verarbeitung der Produkte erfolgt nach unterschiedlichen Arbeitsablaufplänen, da die einzelnen Produkttypen unterschiedliche Fertigungsschritte erfordern. Das Ziel ist es, alle Produkte in minimaler Zeit herzustellen. Aufgrund der Komplexität des Problems benötigen exakte Lösungsverfahren eine recht hohe Rechenzeit. Wir schlagen eine zusammengesetzte Methode vor, bei dem eine Heuristik und ein exakter Löser kombiniert werden. Unsere vorgeschlagene Heuristik besteht aus mehreren Phasen, in denen verschiedene intelligente Strategien angewendet werden. Um die rechnerische Komplexität des exakten Ansatzes zu reduzieren, nutzen wir die durch die Heuristik bestimmte Fertigungsdauer als obere Grenze für den Zeithorizont, was einen direkten Einfluss auf die Instanzgröße des exakten Ansatzes hat. Wir demonstrieren die Effizienz unserer kombinierten Methode an einer großen Menge von Testinstanzen. Mit Hilfe der Heuristik ist der exakte Löser in der Lage, in deutlich kürzerer Zeit eine beweisbar-optimale Lösung zu bestimmen. T3 - Cottbus Mathematical Preprints - 5, 2019 KW - Production planning KW - Mixed-integer programming KW - Heuristics KW - Simulation KW - Fertigungsprogrammplanung KW - Heuristik KW - Optimierung Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-48278 SN - 2627-6100 ER - TY - THES A1 - Augustin, Michael T1 - Spezifische Fehlertoleranz für kombinatorische und sequentielle Schaltungen T1 - Selective fault tolerance for combinational and sequential circuits N2 - In dieser Arbeit wird ein neues Konzept für den Entwurf fehlertoleranter digitaler Schaltungen vorgestellt. Die als spezifische Fehlertoleranz bezeichnete Entwurfsmethode erweitert den Stand der Technik um die Möglichkeit, Fehlertoleranz gezielt für gewünschte Ein- und Ausgabezuweisungen einer Schaltung bereitzustellen. Die generell sehr aufwändigen Maßnahmen zur Realisierung von Fehlertoleranz lassen sich so an die tatsächlich vorhandenen Zuverlässigkeitsanforderungen einer gegebenen Anwendung anpassen, was im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren zu erheblichen Kosteneinsparungen im Hinblick auf Hardware und Stromverbrauch führt. Die Eingaben einer Schaltung werden dazu mit ihren zugehörigen Ausgaben in kritische und unkritische Signale unterteilt. Für kritische Signale wird das gleiche Maß an Fehlertoleranz bereitgestellt, wie es auch durch das Verfahren der dreifach modularen Redundanz garantiert wird. Unkritische Signale werden nicht fehlertolerant ausgelegt, da das für solche Signale nicht gefordert werden muss. Im Bezug auf kombinatorische Schaltungen wird dieses Grundprinzip auf eine beliebig wählbare Teilmenge aller möglichen Eingaben mit ihren zugehörigen Ausgaben angewendet. Die nicht zu schützenden, unkritischen Signale werden zu Optimierungszwecken genutzt. Genau diese Freiheit im Entwurfsprozess ermöglicht beim Entwurf fehlertoleranter Schaltungen signifikante Kosteneinsparungen, die bislang durch andere Verfahren nicht berücksichtigt wurden. Bei sequentiellen Schaltungen wird das Konzept auf Eingabefolgen und ihre entsprechend zugehörigen Ausgabefolgen abgebildet. Ab einem bestimmten Zustand werden in Schaltungen, die nach diesem Prinzip entworfen wurden, alle als kritisch eingestuften Eingabefolgen fehlertolerant verarbeitet, woraufhin die sequentielle Schaltung entsprechend fehlertolerante Ausgabefolgen liefert. Die Länge der kritischen Eingabefolgen und die Anzahl der Zustände, von denen aus eine fehlertolerante Verarbeitung der Eingaben gefordert wird, ist beliebig wählbar. Neben der Beschreibung des Grundkonzeptes der spezifischen Fehlertoleranz für kombinatorische und sequentielle Schaltungen beinhaltet die Arbeit Erweiterungen, mit denen sich die durch das Verfahren bereitgestellte Fehlertoleranz erhöhen lässt. Es wird zudem erläutert, wie die spezifische Fehlertoleranz ohne besonderen Aufwand mit Hilfe gängiger Werkzeuge im Schaltungsentwurf umgesetzt werden kann. Vom Entwerfer werden dazu keine speziellen Kenntnisse über das eigentliche Verfahren vorausgesetzt. Anhand experimenteller Ergebnisse wird auch gezeigt, welche Einsparungen sich durch die spezifische Fehlertoleranz im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren aus diesem Bereich ergeben. Dazu wurden verschiedene Benchmark-Schaltungen mit der spezifischen Fehlertoleranz implementiert und ihre Gesamtflächen den Flächen entsprechender Schaltungen, die nach dem Prinzip der dreifach modularen Redundanz entworfen wurden, gegenübergestellt. N2 - This thesis introduces a new concept for the design of fault-tolerant digital circuits. It is called selective fault tolerance and it improves the state of the art by providing the possibility to specifically implement fault tolerance on a selected set of signals of a given circuit. The benefit is a significant reduction in the additional cost that is usually required by conventional design methods from this field of research. Since selective fault tolerance allows to adapt the feature of fault tolerance to the real requirements of a given application, the hardware overhead and the additional power consumption of redundant components can be significantly reduced. To realize this concept, the set of input and output assignments is divided into critical and uncritical signals. Critical signals will be processed with the same degree of fault tolerance as it is done in circuits equipped with triple modular redundancy. Uncritical signals will not be implemented with fault tolerance, because the application does not require it. In case of combinational circuits, the basic concept of selective fault tolerance is applied to an arbitrarily selectable subset of all possible input assignments and their associated output assignments. The uncritical signals which do not need to be implemented with fault tolerance will be utilized for optimization purposes. This freedom in the design process allows for significant cost reduction which has not been considered previously by other methods. With respect to sequential circuits, the basic concept of selective fault tolerance is mapped to input sequences and their corresponding output sequences. Starting from a certain state, every input sequence that is classified to be critical will be processed fault-tolerantly. Thus, the corresponding output sequence is generated fault-tolerant as well. The number of states that are initial states for a critical input sequence and also the length of the sequences to be protected can be arbitrarily chosen by the designer. In addition to the basic concept of selective fault tolerance for combinational and sequential circuits, further ideas are presented which improve the fault tolerance that is provided by the proposed method. Furthermore, a technique of implementing selective fault tolerance with conventional design tools without any notable effort is introduced. To this end, the designer does not even require special knowledge about the actual algorithm of selective fault tolerance. It is sufficient that the designer combines some netlists. The experimental results that will be presented in this thesis are based on a selection of several benchmark circuits. These benchmark circuits were implemented according to the concept of selective fault tolerance for a variable number of input and output assignments and also according to the concept of triple modular redundancy. The results obtained were compared with regard to the additional hardware overhead of each method. KW - Integrierte Schaltung KW - Zuverlässigkeit KW - Fehlertoleranz KW - Fehlertoleranz KW - Dreifach modulare Redundanz KW - Flächenreduzierung KW - Digitalschaltung KW - TMR KW - Fault tolerance KW - Triple modular redundancy KW - Reduction of area KW - Digital circuit KW - TMR Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-26931 ER - TY - BOOK A1 - Autenrieth, Edmund ¬von T1 - Die statische Berechnung der Kuppelgewölbe N2 - Digitalisat von: 98-07719 - Autenrieth, Edmund ¬von: Die statische Berechnung der Kuppelgewölbe KW - Kuppel KW - Baustatik KW - Berechnung Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-35646 ER - TY - THES A1 - Awemo Cheo, Adeline Abimnwi T1 - Municipal solid waste management and groundwater contamination in Limbe, Cameroon T1 - Kommunales Abfallmanagement und Grundwasserverunreinigung in Limbe, Kamerun N2 - An increase in waste production is inextricably linked to population increase and increasing civilization, and depending on the waste management approach, groundwater could be seriously affected. In Limbe, for example, waste disposal methods (sewage, littering, open dumping and burning) have led to the contamination of groundwater resources. This study aims at assessing the degree to which the Limbe waste sites conform to prescribed standards of waste site location, the extent to which the waste sites compromise or enhance groundwater protection. The study further investigates groundwater management around waste sites; investigating the factors responsible for groundwater contamination from waste sites; evaluating the extent to which past and present municipal solid waste management practices minimise or enhance groundwater contamination and suggesting possible methods (techniques) by which the existing situation can be improved. Seven groundwater samples were collected for laboratory (microbiological and physic-chemical) analyses in Cameroon and Germany. Field visits and observations made were supported by pictures and interviews. The method of waste disposal used in Limbe by LUC (until 2006) and HYSACAM (from 2006) already show negative effects on groundwater. Results of microbial analysis are higher than the standards of Cameroon, WHO and ISI 10500-91. Total Coliform showed values >1000CFU/100ml, E. coli showed up to 346CFU/100ml and others showed up to 159CFU/100ml. These excessively high values imply that water is highly contaminated biologically and so groundwater wells in Limbe are not good for human consumption. Physico-chemical analysis revealed, in most samples, values lower than the prescribed standards. However, NH4+ showed higher values in all samples (0.9mg/L-2.6mg/L). The high level of ammonium could be related to high production of sewage in households. L7 and L1 showed the lowest values, whereas, L6 showed the highest values in almost all microbial and physico-chemical parameters analysed. L6 was most contaminated with high values mostly exceeding the given limits. This dominant wetland area must be evacuated and water highly treated because it is very dangerous for human consumption. Vadose water in Limbe requires serious biological treatment and subsequent groundwater monitoring to minimise hazards. L7 and L1 have characteristics of Basalt and because of low level of contamination can be used as the base for comparison (that is natural water). Water must also be thoroughly treated for NH4 contamination. Waste disposal in Limbe is poorly practised and the site used must be changed. Improved waste management schemes like waste reduction, sorting and treatment are required before final disposal. Landfill construction with emphasis on barrier, leachate and gas collection systems will be most appropriate for waste disposal and in minimising leachate spill, and groundwater and other contamination. Geological and hydrogeological maps and investigations as well as recent climatic data are needed in order to choose an appropriate site for landfill construction. Most of all groundwater monitoring and sewage collection should be a very important consideration in the Limbe Municipality. Household dump sites must be thoroughly cleaned and the public sensitised on the importance of proper waste management to reduce groundwater contamination and its effects on man and the environment. N2 - Eine Zunahme der Abfallproduktion ist stark mit dem Bevölkerungswachstum und der Zivilisation verbunden. Das Grundwasser kann, abhängig vom Abfallwirtschaftsansatz, ernsthaft beeinträchtigt werden. In Limbe zum Beispiel haben die Abfallentsorgungsmethoden (Abwasser, Vermüllen, offene Deponierung und Verbrennen) zur Verschmutzung des Grundwassers geführt. In dieser Hinsicht untersucht die vorliegende Studie, inwieweit den Deponien in Limbe den vorgeschriebenen Vorgaben für Mülldeponien entsprechen. Dazu wird ermittelt, in welchem Umfang die Deponien den Grundwasserschutz gefährden oder verbessern. Des Weiteren untersucht die Studie auch die Grundwasserbewirtschaftung rund um die Deponien. Die Untersuchung der Faktoren, die zur Verschmutzung des Grundwassers führen; die Auswertung des Umfang, inwieweit die vergangene und gegenwärtige Siedlungsabfallbewirtschaftung zu Minimierung oder zu Verbesserung der Grundwasserverschmutzung führen; und Vorschläge möglicher Methoden (Techniken), durch die die bestehenden Situation verbessert werden kann, sind alles Bestandteil dieser Studie. Sieben Grundwasserproben wurden entnommen, um sie mikrobiologisch und physiko-chemisch in Kamerun und Deutschland zu analysieren. Besuche vor Ort und Beobachtungen wurden anhand von Bildern und Interviews unterstützt. Die eingesetzte Abfallbeseitigungsmethode in Limbe von LUC (bis 2006) und HYSACAM (2006 bis heute) zeigen bereits negative Auswirkungen auf das Grundwasser. Die Ergebnisse der mikrobiologischen Analysen weisen Werte über den kamerunischen Vorgaben (WHO und ISI 10500-91) auf. Gesamt-Coliforme zeigten Werte über 1000CFU/100ml, E. coli Werte bis zu 346CFU/100ml und andere Werte bis zu 159CFU/100ml. Dies bedeutet, dass das Wasser biologisch verschmutzt ist und somit sind die Grundwasserbrunnen in Limbe nicht mehr zum menschlichen Gebrauch geeignet sind. Physiko-chemische Analysen in den meisten Proben ergaben Werte unterhalb der vorgeschriebenen Vorgaben. NH4+ zeigte jedoch höhere Werte in allen Proben (0.9mg/L-2.6mg/L). Die hohe Konzentration von Ammonium könnte auf hohe Abwasserproduktion von Haushalten zurückgeführt werden. L7 und L1 zeigten die niedrigsten Werte, während L6 die höchsten Werte in fast allen mikrobiellen und physiko-chemischen Parameter aufweist. L6 ist stark kontaminiert; die Werte übersteigen meist die Grenzwerte. Diese Bereiche müssen evakuiert werden und das Wasser intensiv behandelt werden, da es sehr gefährlich zum menschlichen Verzehr ist. Die Aerationwasserzone in Limbe erfordert intensive biologische Behandlung und anschließende Grundwasserüberwachung, dadurch wird die Gefahr minimiert. L7 und L1 sind von Basalt geprägt und wegen geringer Kontamination lassen sie sich als Basis für den Vergleich (natürliches Wasser) verwenden. Das Wasser ist auch gründlich gegen NH4-Kontamination zu behandeln. Die Abfallentsorgung in Limbe wird mangelhaft durchgeführt und die Deponien müssen geändert werden. Verbesserte Abfallwirtschaftsprogramme wie Abfallreduktion, -sortierung und -behandlung sind vor der endgültigen Entsorgung erforderlich. Deponiebau mit Schwerpunkt auf Barriere, Sickerwasser und Gassammelsysteme sind am besten für die Abfallentsorgung, die Minimierung des Sickerwassers, das Grundwasser und andere Verunreinigungen geeignet. Geologische und hydrogeologische Karten und Untersuchungen sowie aktuelle klimatischen Daten werden benötigt, um einen geeigneten Ort für einen Deponiebau zu wählen. Vor allem die Grundwasserüberwachung und Abwassersammlung sollen ein sehr wichtiger Aspekt in der Verwaltung Limbe werden. Haushaltsabfalldeponien sind gründlich zu sanieren und die Öffentlichkeit soll für die Bedeutung einer ordnungsgemäßen Müllentsorgung sensibilisiert werden, um Grundwasserverunreinigungen und deren Auswirkungen auf Mensch und Umwelt zu reduzieren. KW - Kamerun KW - Siedlungsabfall KW - Abfallwirtschaft KW - Grundwasserverschmutzung KW - Siedlungsabfallwirtschaft KW - Milderung KW - Grundwasserverschmutzung KW - Limbe KW - Municipal solid waste management KW - Groundwater contamination KW - Limbe KW - Cameroon Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-24390 ER - TY - JOUR A1 - Azam, Hafiz Muhammad Husnain A1 - Rößling, Rosa Lise A1 - Geithe, Christiane A1 - Khan, Muhammad Moman A1 - Dinter, Franziska A1 - Hanack, Katja A1 - Prüß, Harald A1 - Husse, Britta A1 - Roggenbruck, Dirk A1 - Schierack, Peter A1 - Rödiger, Stefan T1 - MicroRNA biomarkers as next-generation diagnostic tools for neurodegenerative diseases : a comprehensive review JF - Frontiers in Molecular Neuroscience N2 - Neurodegenerative diseases (NDs) are characterized by abnormalities within neurons of the brain or spinal cord that gradually lose function, eventually leading to cell death. Upon examination of affected tissue, pathological changes reveal a loss of synapses, misfolded proteins, and activation of immune cells all indicative of disease progression before severe clinical symptoms become apparent. Early detection of NDs is crucial for potentially administering targeted medications that may delay disease advancement. Given their complex pathophysiological features and diverse clinical symptoms, there is a pressing need for sensitive and effective diagnostic methods for NDs. Biomarkers such as microRNAs (miRNAs) have been identified as potential tools for detecting these diseases. We explore the pivotal role of miRNAs in the context of NDs, focusing on Alzheimer’s disease, Parkinson’s disease, multiple sclerosis, Huntington’s disease, and Amyotrophic Lateral Sclerosis. The review delves into the intricate relationship between aging and NDs, highlighting structural and functional alterations in the aging brain and their implications for disease development. It elucidates how miRNAs and RNA-binding proteins are implicated in the pathogenesis of NDs and underscores the importance of investigating their expression and function in aging. Significantly, miRNAs exert substantial influence on post-translational modifications (PTMs), impacting not just the nervous system but a wide array of tissues and cell types as well. Specific miRNAs have been found to target proteins involved in ubiquitination or deubiquitination processes, which play a significant role in regulating protein function and stability. We discuss the link between miRNA, PTM, and NDs. Additionally, the review discusses the significance of miRNAs as biomarkers for early disease detection, offering insights into diagnostic strategies. KW - Neurodegenerative diseases KW - MicroRNA KW - Diagnostic tools KW - Therapeutic tools KW - Protein post-translational modifications KW - Nervendegeneration KW - Biomarker KW - miRNS KW - Diagnose KW - Posttranslationale Änderung Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.3389/fnmol.2024.1386735 SN - 1662-5099 VL - 17 PB - Frontiers CY - Lausanne ER - TY - THES A1 - Baartse, Willem Martijn T1 - The PCP theorem in real number complexity theory T1 - Das PCP-Theorem in der reellen Komplexitätstheorie N2 - In this thesis we consider probabilistically checkable proofs (PCPs) in the model of computation working with real and complex numbers as introduced by Blum, Shub and Smale (the BSS model). Starting point of this thesis is the so-called PCP theorem, a major result in complexity theory. Roughly speaking this theorem says that one can check the correctness of certain proofs of mathematical statements with high probability by only looking at small parts of the proof. PCPs have a natural formulation in the BSS model as well. Considering the importance of the PCP theorem it seems natural to ask whether a similar theorem holds in this model also. The PCP theorem in the Turing model has two qualitatively very different proofs. The original proof by Arora et al. uses mostly algebraic techniques. Later another, combinatorial proof was discovered by Dinur. In this thesis we give two corresponding proofs in the BSS model. Thereby we establish the PCP theorem in the framework of the real numbers as well as in the framework of the complex numbers. The main difficulties occur due to the fact that the structures R and C over which we work are uncountably infinite. For both classical proof techniques partially really new ideas are necessary to apply their structure to the new computational model. Apart from the importance of the PCP theorem it helps to better understand the similarities and differences between both models of computation. We hope that the new ideas we develop may be useful in other contexts as well. N2 - In dieser Arbeit betrachten wir probabilistisch prüfbare Beweise (Englisch: probabilistically checkable proofs PCPs) in einem Rechenmodell, das mit reellen und komplexen Zahlen arbeitet und 1989 durch Blum, Shub und Smale eingeführt wurde, dem BSS-Modell. Ausgangspunkt der Arbeit ist das sogenannte PCP-Theorem, eines der wichtigsten Resultate in der Komplexitätstheorie der letzten Jahrzehnte. Sehr grob gesprochen besagt es, dass man die Korrektheit von Beweisen mathematischer Aussagen mit hoher Wahrscheinlichkeit überprüfen kann, indem man nur sehr wenige Teile des Beweises untersucht. PCPs können auf natürliche Weise auch im BSS-Modell formuliert werden. Im Hinblick auf die Wichtigkeit des PCP-Satzes ist es daher naheliegend zu fragen, ob ein vergleichbares Ergebnis auch in diesem Modell gilt. Das klassische Theorem im Turingmodell hat zwei qualitativ sehr unterschiedliche Beweise. Der ursprüngliche Beweis von Arora et al. benutzt vorwiegend algebraische Techniken. Ein später gegebener Beweis von Dinur basiert im Wesentlichen auf kombinatorischen Methoden. In der vorliegenden Arbeit präsentieren wir zwei entsprechende Beweise im BSS-Modell. Der PCP-Satz wird dabei sowohl im reellen als auch im komplexen Rahmen bewiesen. Die wesentlichen neuen Schwierigkeiten bei beiden Beweisen resultieren aus der Überabzählbarkeit der zugrundeliegenden Strukturen R und C. Für beide klassische Beweismethoden erfordert dies zum Teil wesentlich neue Ideen, um ihre Struktur auf das neue Rechenmodell zu übertragen. Neben der Bedeutung des PCP-Satzes an sich hilft dies, die Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen beiden Rechenmodellen besser zu verstehen. Es ist zu hoffen, dass die neuen Ideen, die wir hier entwickeln, auch in anderen Kontexten nützlich sind. KW - PCP KW - BSS Model KW - Low-degree test KW - BSS-Modell KW - Niedriger-Grad Test KW - Komplexitätstheorie KW - Berechnungskomplexität Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-36244 ER - TY - THES A1 - Babanawo, Raymond T1 - Constraints to sustainable solid waste management in Ghana T1 - Grenzen einer nachhaltigen Abfallwirtschaft in Ghana N2 - In the quest of finding sustainable solution to solid waste management problems in Ghana, this research formulated as its goal, to mitigate policy constraints to sustainable solid waste management in Ghana. This research goal and objectives were addressed through an empirical study that involved interviews and administration of two sets of questionnaires, one set to members of parliament and the other to members of the general public. The development of questionnaires was influenced by a conceptual policy development model “The Bridge Model of Policy Development”. Administration of questionnaires to members of the general public was accomplished through random sampling within churches and mosques in three cities in Ghana; Accra, Kumasi, and Takoradi. The percentage response for members of the general public was 38.9% and that for members of parliament was 18%. Prioritization of policy options was achieved through “Differentiated Perception Ranking”, a method devised by this research process. The results revealed the relative importance of constraints to sustainable solid waste management in Ghana, the relative difficulty of mitigating constraints, and the relative difficulty of implementing policy options among others. These results were integrated with the principles of sustainability into producing a policy package for sustainable solid waste management in Ghana. N2 - Das Hauptziel dieser Forschungsarbeit ist die Entwicklung von politischen Auflagen für eine nachhaltige Lösung der Abfallmanagementprobleme in Ghana. Grundlagen dieser Arbeit bilden die Befragung von Mitgliedern des Parlaments und der breiten Allgemeinheit. Für die Befragung sind spezielle Fragenbogen nach einem konzeptionellen Entwicklungsmodel mit dem englischen Namen „The Bridge Model of Policy Development“ entwickelt worden. Die Befragung wurde willkürlich in den Kirchen und Moscheen in den Städten Accra, Kumasi und Takoradi durchgeführt. 38,9 % der Befragten gehören der allgemeinen Öffentlichkeit an und 18% sind Mitglieder des Parlaments. Eine Priorisierung der politischen Handlung konnte erreicht werden durch eine Aufstellung einer Rangfolge, bei der während dieser Forschung entwickelten Methode zum Einsatz kam. Die Ergebnisse enthüllen die relativen Vor- und Nachteile von Auflagen bei einem nachhaltigen Abfallmanagement in Ghana und unter anderen die Schwierigkeiten bei der Umsetzung von politischen Optionen. Bei der Entwicklung von politischen Bausteinen für ein nachhaltiges Abfallmanagement in Ghana wurden die Ergebnisse dieser Forschungsarbeit integriert. KW - Ghana KW - Abfallwirtschaft KW - Nachhaltigkeit KW - Grenzen KW - nachhaltig KW - Abfall KW - Wirtschaftsführung KW - Management KW - Constraints KW - Sustainable KW - Solid waste KW - Management Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-1747 ER - TY - THES A1 - Babel, Christoph Josef T1 - Virtual evaluation of car body panel surfaces T1 - Virtuelle Bewertung von Karosserieoberflächen N2 - The progression of the automotive industry has introduced a slew of complex designs to meet the personalized style expressions of consumers. However, these intricate designs in premium automobiles present significant manufacturing challenges, especially in detecting and prioritizing the varying severities of cosmetic surface defects. Traditionally, defect identification is performed at the end of the development phase, which is a costly and time-consuming process. This thesis seeks to enhance early defect detection efficiency in the concept phase using artificial intelligence (AI). Through examination of unpainted parts, auditors’ perceptual practices, and deep draw simulations, the research aims to establish a virtual prediction method to accurately classify surface defects. The findings of this thesis prove that the geometry of unpainted parts sufficiently predicts potential defects post-painting, refuting the need for physical painted part analysis. The identification process adopted by auditors, grounded in analyzing light distortions on surfaces, is replicated within a neural network. Furthermore, by incorporating physiological optical aspects, the thesis improves the virtual representation of defects, creating a visible and analyzable dataset for AI algorithms. The accuracy of the neural networks trained on such datasets is substantiated by the successful translation of auditors’ classification methods into a machine learning environment. In particular, a machine learning approach using Random Forest (RF) algorithms excelled in prefiltering areas of interest based on curvature and strain values. A convolutional recurrent neural network (CRNN) is developed to classify the severity of defects, with the introduction of an annotation application to label data by experts. The CRNN demonstrated a remarkable accuracy of 86 % in classifying defect severity based on simulation data. Moreover, the study assessed the frame-by-frame localization of defects, where the PatchCore anomaly detection algorithm proves optimal, achieving an F1 Score of 0.86. Overall, the research successfully shows the transferability of expert auditors’ perception into a neural network architecture, highlighting the feasibility of implementing AI in early phases of automotive design to predict and classify defects, which has the potential to significantly reduce development costs and improve manufacturing efficiency. N2 - Die Entwicklung in der Automobilindustrie hat eine Vielzahl komplexer Designs hervorgebracht, um den individuellen Stilvorstellungen der Verbraucher gerecht zu werden. Diese anspruchsvollen Designs bei Premium-Automobilen stellen jedoch eine große Herausforderung für die Herstellung mittels des Umformverfahrens Tiefziehen dar. Insbesondere für die Erkennung und Priorisierung der unterschiedlichen Schwere kosmetischer Oberflächenfehler ist nach wie vor Expertenwissen notwendig. Traditionell wird diese Einstufung und Optimierung am Ende der Entwicklungsphase auf Basis von Vorserienfahrzeugen durchgeführt, was bei einer Fehlererkennung zu einem kostspieligen und zeitaufwändigen Prozess führt. In dieser Arbeit wird versucht, die Effizienz der Fehlerfrüherkennung in der Konzeptphase durch den Einsatz künstlicher Intelligenz (KI) zu verbessern. Es wurden die Bewertungsprozesse durch Auditoren anhand von physischen Bauteilen untersucht und in einer KI abgebildet. Dies ermöglicht den Einsatz (nicht nur auf reale Messdaten, sondern auch) auf virtuelle Ergebnisse der Umformsimulation, welche bereits in der Konzeptphase vorliegen, lange bevor das erste reale Bauteil gefertigt wird. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass der Einfluss der Lackschicht auf das auditäre Bewertungsergebnis untergeordneter Natur ist, wodurch die Notwendigkeit der Modellierung dieser entfällt. Eine Anwendung einer KI-Bewertungsmethodik direkt auf die Umformsimulationsergebnisse ist dadurch möglich. Der Fehleridentifizierungsprozess von Auditoren, der auf der Analyse von Lichtverzerrungen auf lackierten Oberflächen beruht, wird in einem neuronalen Netz nachgebildet. Es wurde eine Methode entwickelt, die eine virtuelle physiologisch-optische Repräsentation des Bewertungsprozesses ist. Dadurch wird ein analysierbarer Datensatz erstellt, welcher als Eingangsgröße für eine Bewertung der Schwere der Oberflächendefekte mittels KI herangezogen werden kann. Die Genauigkeit der auf solchen Datensätzen trainierten neuronalen Netze wird durch die erfolgreiche Übertragung der Klassifizierungsmethoden der Prüfer in eine maschinelle Lernumgebung untermauert. Insbesondere zeichnete sich ein maschineller Lernansatz unter Verwendung eines Random Forest (RF)-Algorithmus durch die Vorfilterung interessanter Bereiche auf der Grundlage von Krümmungs- und Dehnungswerten aus. Zur Klassifizierung der Schwere von Fehlern wird ein Convolutional Recurrent Neural Network (CRNN) entwickelt. Dabei wird eine Annotationsanwendung zur Kennzeichnung von Daten durch Experten eingeführt. Das CRNN erreicht bei der Klassifizierung der Fehlerschwere auf Basis von Simulationsdaten eine Genauigkeit von 86 %. Zusätzlich wird in der Arbeit die Bild-für-Bild-Lokalisierung von Defekten untersucht. Dabei erweist sich der PatchCore-Anomalieerkennungsalgorithmus als optimal und erreicht einen F1-Score von 0,86. Insgesamt zeigt die Arbeit erfolgreich die Übertragbarkeit der Wahrnehmung von Expertenauditoren auf eine neuronale Netzwerkarchitektur. Es unterstreicht die Machbarkeit der Implementierung von KI in frühen Phasen der Automobilentwicklung zur Vorhersage und Klassifizierung von Fehlern. Dies hat das Potenzial, die Kosten erheblich zu senken und die Fertigungseffizienz zu verbessern. KW - Computer vision KW - Neural network KW - Deep draw simulation KW - Rendering KW - Künstliche Intelligenz KW - Maschinelles Lernen KW - Umformsimulation KW - Bildgenerierung KW - Kraftfahrzeugindustrie KW - Produktentwicklung KW - Tiefziehen KW - Fehlererkennung KW - Simulation KW - Künstliche Intelligenz KW - Maschinelles Lernen Y1 - 2025 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-71960 ER - TY - THES A1 - Babić, Milan T1 - GALS methodology for substrate noise reduction in mixed-signal integrated circuits T1 - GALS-Methodik zur Reduzierung des Substratrauschens in integrierten Schaltkreisen mit gemischten Signalen N2 - Mixed signal integrated circuits (MSICs) contain both analog and digital circuitry, integrated together on the same die. While this integration brings many benefits, it also gives rise to the issue of substrate noise coupling between the noisy digital circuitry and noise-sensitive analog circuitry. In order to counteract this issue, various substrate noise reduction methodologies had been developed so far. This thesis explores a new approach in substrate noise reduction – using a GALS (globally-synchronous, locally-asynchronous) design strategy for the digital part of a MSIC, in order to reduce the noise generation at its source. GALS architectures consist of several locally synchronous modules (LSMs) which communicate asynchronously to each other. By converting an initially synchronous architecture of digital circuitry into a GALS architecture, simultaneous switching noise generated by this circuitry can be reduced. While GALS had already been used for reducing other types of simultaneous switching noise, this is, to the best of the author’s knowledge, the first attempt to develop a GALS-based methodology for substrate noise reduction. In order to be able to theoretically analyze GALS-based methodologies for substrate noise suppression, corresponding models at high abstraction level for substrate noise generation and substrate noise propagation in lightly doped substrates (which is a type of substrate mostly used for MSICs) have been developed. These models have further been used for developing two new GALS-based substrate noise reduction methodologies: harmonic-balanced plesiochronous GALS partitioning (HB) and harmonic-and-area-based plesiochronous GALS partitioning with power domain separation (HAB). A theoretical analysis has shown that HB can reach substrate noise attenuation of up to 20log⁡(M), where M is the number of LSMs of the resulting GALS system. On the other hand, the attenuation achievable by HAB depends on the distribution of switching current harmonics and area among the partitions, as well as from the substrate itself. For each of the two methodologies, a suitable partitioning procedure for a practical application has been developed; these partitionig procedures have been numerically evaluated in MATLAB. HB has further been embedded within the EMIAS CAD tool, where it has been evaluated on a real design example – a wireless sensor node. A special case of HAB for low frequencies has been applied for developing a test chip called SGE (power domain Separation and Galsification Experiment). The measurements on silicon have proved the applicability of the methodology. N2 - Integrierte Schaltkreise mit gemischten Signalen (MSICs) enthalten sowohl analoge als auch digitale Schaltungen, die zusammen auf demselben Chip integriert sind. Während diese Integration viele Vorteile gewährt, führt sie anderseits zur Kopplung des Substratrauschens zwischen den rauschgenerierenden digitalen Schaltungen und rauschempfindlichen analogen Schaltungen. Um diesem Problem entgegenzuwirken, wurden bisher verschiedene Methoden zur Reduzierung des Substratrauschens entwickelt. In dieser Dissertation wird ein neuer Ansatz zur Reduzierung des Substratrauschens untersucht – Verwendung der GALS (global-asynchron, lokal-synchron) Entwicklungsstrategie für den digitalen Teil des MSICs, um die Erzeugung des Rauschens an seiner Quelle zu reduzieren. GALS Architekturen bestehen aus mehreren lokal-synchronen Modulen (LSMs), die miteinander asynchron kommunizieren. Durch Umwandlung der synchronen Architektur eines digitalen Schaltkreises in eine GALS Architektur kann das vom Schaltkreis erzeugte simultane Schaltungsrauschen signifikant reduziert werden. Während GALS schon zur Reduzierung von anderen Arten des simultanes Schaltrauschens eingesetzt wurde, ist das, nach bestem Wissen des Autors, der erste Versuch, eine GALS-basierte Methodik zur Reduzierung des Substratrauschens zu entwickeln. Um GALS-basierte Methoden zur Unterdrückung des Substratrauschens theoretisch analysieren zu können, wurden die entsprechenden Modellen zur Erzeugung des Substratrauschens und zur Übertragung des Substratrauschens durch schwach-dotierte Substrate (die meistgenutzte Art der Substrate für MSICs) auf hohem Abstraktionsniveau entwickelt. Diese Modellen wurden zur Entwicklung der zwei neuen GALS-basierten Methoden zur Reduzierung des Substratrauschens benutzt: „Harmonic-ballanced plesiochronous GALS partitioning“ (HB) und „Harmonic-and-area-based plesiochronous GALS partitioning with power domain separation“ (HAB). Eine theoretische Analyse hat gezeigt, dass durch HB eine Dämpfung des Substratrauschens bis 20log⁡(M) erreicht werden kann, wobei M die Anzahl der LSMs des resultierenden GALS Systems ist. Auf der anderen Seite, hängt die durch HAB erreichbare Dämpfung von der Verteilung der harmonischen Schwingungen des Schaltstroms und der Fläche unter den LSMs, sowie von dem Substrat ab. Zur praktischen Anwendung jeder dieser zwei Methoden wurde ein entsprechendes Verteilungsverfahren entwickelt; diese Verteilungsverfahren wurden dann in MATLAB numerisch evaluiert. HB wurde in den EMIAS CAD Werkzeug eingebunden und so auf einem Beispiel des realen Entwurfs – einem drahtlosen Sensorknoten – evaluiert. Ein Sonderfall des HABs für tiefe Frequenzen wurde angewendet, um ein Testchip namens SGE (power domain Separation and Galsification Experiment) zu entwickeln. Die Anwendbarkeit der Methode wurde durch die Messungen auf dem Silizium nachgewiesen. KW - GALS KW - Plesiochronous clocking KW - Simultaneous switching noise KW - Substrate noise KW - MSIC KW - Plesiochrones Takten KW - Simultanes Schaltrauschen KW - Substratrauschen KW - Partitionierung KW - LSM KW - GALS KW - Mixed-Signal-Schaltung KW - Rauschunterdrückung Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-57264 ER - TY - THES A1 - Bacher, Christian T1 - On the influence of electrohydrodynamically induced turbulence on momentum, heat and mass transport in electrostatic precipitators T1 - Zum Einfluss elektrohydrodynamisch induzierter Turbulenz auf den Impuls-, Wärme- und Stofftransport im Elektroabscheider N2 - Electrostatic precipitators (ESPs) belong to the most efficient devices for control of particle emissions in the process industry and environmental technologies in general. The operating principle of ESPs, relying on particle precipitation by electrical charging, leads to an enhanced turbulent motion by electrohydrodynamic (EHD) effects within the gaseous working fluid passing through the ESP. This enhanced turbulence is generally considered detrimental to the separation efficiency, because the additional shear forces acting on the collection electrodes promote re-entrainment of already precipitated particles. Further, the enhanced turbulent cross mixing diminishes the transport of charged particles by electric forces directed towards the collection electrodes. In other industrial applications however, many process units that are based on heat or mass transport would benefit from enhanced turbulent mixing. These include heat exchangers for energy recuperation or evaporation and absorption units such as flue gas scrubbers. A combination of these with an ESP possibly allows for versatile new applications in the process industry. The motivation of this thesis is to study the effects of electrohydrodynamically generated motions onto the turbulent cross mixing within gaseous flows over a wide parameter space including variations in geometry and operating conditions. In order to do so, the influence of EHD effects on the three major transport properties, i.e. thermal energy, mass and momentum, were experimentally investigated. Based on analogies caused by similar transport mechanisms, the experimental results were compared despite different methods being used. In order to help with the comparison a simplified eddy viscosity model is applied. The study for each transport property was conducted with a different setup of a tube type ESP. These setups include axial and radial pressure drop measurements to quantify the momentum transport, a self-built local heat transfer sensor to determine heat transfer coefficients and a wetted wall-column to study the enhancement of mass transport phenomena. Experiments on momentum and heat transport include a large variation of different geometries and operating variables such as discharge electrode design, tube diameter, flow velocity, as well as magnitude and polarity of operating voltage. In addition, selected measurements with aerosol particles were conducted, to gain additional insights on the effects of EHD induced turbulence generation by particle bound space charge compared to ion bound space charge in clean gas flows. The results do not only provide transport coefficients for the hands-on application by plant designers, but also feature numerous experimental data that can be used as reference values for ongoing research in the numerical simulation of electrohydrodynamically enhanced flow and therefore significantly increase the available amount of data provided by current literature. N2 - Im Rahmen der Maßnahmen zur Eindämmung der Luftverschmutzung sind Elektroabscheider als eines der effektivsten Systeme zur Minderung von Feinstaubemissionen im industriellen Umfeld bekannt. Charakteristisch für den Betrieb von Elektroabscheidern ist das Auftreten elektrohydrodynamischer (EHD) Strömungen, welche die Turbulenz des gasförmigen Trägermediums der Partikeln weiter anfachen. Aus emissionstechnischer Sicht handelt es sich dabei um einen unerwünschten Nebeneffekt, da Scherkräfte, verursacht durch die zusätzliche Turbulenz in der Gasströmung, auf die bereits abgeschiedenen Partikeln auf der Niederschlagselektrode wirken und zu deren Wiedereintrag in die Gasströmung führen. Zudem wirkt die turbulente Quervermischung dem Partikeldrift der geladenen Teilchen in Richtung der Sammelelektrode entgegen. Andere Komponenten der Prozessindustrie hingegen würden von einer erhöhten Turbulenz in der Gasphase profitieren, insbesondere dann, wenn ihr Funktionsprinzip auf Wärme- und Stoffübertragung basiert. Dies beinhaltet neben Wärmeübertragern zur Energierückgewinnung oder Verdampfungszwecken auch Wäscher zur Schadgasabsorption. Damit steht ein großes Potential zur Anwendung des elektrohydrodynamisch verstärkten Wärme- und Stofftransports in der Prozessindustrie zur Verfügung. Das Ziel dieser Arbeit ist es deshalb, die Auswirkungen von EHD-Effekten auf die turbulente Quervermischung in einem Rohr-Elektroabscheider, unter Variation verschiedener Geometrien und Betriebsparameter zu untersuchen. Dazu zählen unterschiedliche Rohrdurchmesser und Sprühelektrodenformen, sowie die Abdeckung eines großen Arbeitsbereichs von Betriebsspannungen beider Polaritäten bei drei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten. Bei ausgewählten Versuchen erfolgt außerdem noch die Zugabe eines stark beladenen Aerosols. Die Wahl der Rohr-Elektroabscheidergeometrie erlaubt es auf Basis der Rotationssymmetrie theoretische Betrachtungen gegebenenfalls zu vereinfachen, wenn experimentelle Untersuchungen durch diese gestützt werden sollen. Die turbulente Quervermischung wird anhand ihres Einfluss auf die drei Haupttransportgrößen, thermische Energie, Masse und Impuls, jeweils auf Basis unterschiedlicher Methoden, charakterisiert. Dies erlaubt einerseits die Validierung der Ergebnisse durch den Vergleich zwischen den Methoden, beispielsweise, wenn bestimmte Transportanalogien zutreffen, andererseits erlaubt es Rückschlüsse auf Besonderheiten der jeweiligen Transportgleichungen, falls Unterschiede zwischen den Transportgleichungen überwiegen. Zum Vergleich wird unter anderem das vereinfachte Modell der Eddy-Viskosität herangezogen. Die Ergebnisse beinhalten dabei neben den experimentell bestimmten Transportkoeffizienten und turbulenten Diffusionskoeffzienten, welche sich zur direkten Anwendung im Anlagenbau eignen, auch eine Vielzahl experimenteller Messdaten, welche als Referenzwerte für numerische Studien herangezogen werden. KW - Electrohydrodynamics KW - Electrostatic precipitation KW - Heat and mass transfer intensification KW - Elektrohydrodynamik KW - Elektroabscheider KW - Verbesserung des Wärme- und Stofftransports KW - Elektrofilter KW - Elektrohydrodynamik KW - Numerische Strömungssimulation Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-59948 ER - TY - JOUR A1 - Bachmann, Peter A1 - Thalheim, Bernhard A1 - Heiner, Monika A1 - Lux, Gregor A1 - König, Hartmut A1 - Lewerentz, Claus A1 - Vierhaus, Heinrich Theodor A1 - Braunmühl, Burchard von T1 - Jahresbericht 1998 / Institut für Informatik T1 - Annual Report 1998 / Department for Computer Science N2 - Selbstdarstellung des Instituts für Informatik der BTU Cottbus und Berichte der Lehrstühle für das Jahr 1998. N2 - Presentation of the Department for Computer Science of the BTU Cottbus and reports of the chairs at the department for the year 1998. T3 - Jahresbericht / Institut für Informatik - 1998 KW - Cottbus / Technische Universität KW - Bericht KW - Informatik KW - BTU Cottbus KW - Computer Science KW - BTU Cottbus Y1 - 1999 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-3559 ER - TY - THES A1 - Badorreck, Annika T1 - Multidimensional visualization of preferential flow pathways using neutron and x-ray radiation T1 - Mehrdimensionale Visualisierung preferentieller Fließwege mittels Neutronen- und Röntgenstrahlung N2 - The occurrence of preferential flow of water in soils is rather the rule than the exception particularly in heterogeneous structured soils. The quantitative prediction is difficult because of the spatial as well as temporal variability. One aim of the dissertation was to visualize the soil structure and flow patterns in mine soils using a combination of neutron radiography, neutron tomography and x-ray computed tomography experiments. Both radiation techniques were used to describe preferential pathways as a soil structure with CT and the process of preferential flow of water with NT. For the first time neutron radiation was applied on undisturbed soil cores to visualize water distributions in natural soils on three examples for heterogeneities of different origin. In a first investigation we used neutron radiography to analyze the moisture distribution in undisturbed slab-type and cylindrical samples of mine soils containing lignitic fragments and inclined soil layers. 2D radiography sequences indicated that flow pathways are highly dependent on the shape, distribution, and internal structure of the lignitic fragments. For 3D experiments, the quantitative analysis of water contents failed due to a pronounced beam hardening effect. The tensiometer data indicated the existence of local non-equilibrium in pressure heads between fragments and matric pore regions. The objective of the second study was to analyze and visualize the effects of initial soil structure formation at the surface of bare soils in an artificial hydrological catchment that has been left to undirected ecological succession for three years. The three-dimensional (3D) micro-morphology was described using the X-ray computed tomography (CT); two-dimensional (2D) infiltration patterns were obtained from drip infiltration experiments using time-resolved neutron radiography (NT). The analyses of CT data indicate the existence of (i) structural crusts on soil consisting of sandy to loamy sediments and (ii) depositional crusts on sandy sediments. The results of combined observations using CT and NT suggest that the initial soil surface structure alterations of young sandy sediment modify moisture patterns of infiltrating water only slightly. The aim of the 3rd experiment was to study effect of two ‘ecological engineers’, moss vegetation and beetle larvae on pore structure and infiltration. The soil pore structure was characterized by micro-computed tomography analyses of bare soil, sparse and dense moss-vegetated samples containing a single burrow. Flow patterns of infiltration experiments were visualized using the neutron radiography technique. The results of this study suggest that moss vegetation and burrowing activity of ground beetles strongly control the initial soil development by modification of pore structure and surface water infiltration. N2 - Das Auftreten präferentieller Fließwege in Böden stellt eher die Regel als die Ausnahme dar, insbesondere in heterogenen strukturierten Böden. Eine Quantifizierung ist durch die räumliche und zeitliche Variabilität des Phänomens schwierig. Das Ziel der Dissertation war die Visualisierung der Bodenstruktur und Fließwege mit Hilfe einer Kombination aus Neutronenradiografie (NR) und -tomografie (NT) sowie Röntgencomputertomografie (CT). Letzteres diente zur Beschreibung der Bodenstruktur, die Experimente mit Neutronenstrahlung stellten hingegen die Fließwege des Wassers im Boden dar. Erstmalig wurde Neutronenstrahlung zur Visualisierung der Wasserverteilung in ungestörten Proben dreier natürlicher Böden verwendet. In einem Infiltrationsversuch wurde die Wasserverteilung in mit Kippenboden gefüllten scheibenförmigen und zylindrischen Proben mittels NR und NT untersucht. Die ungestörten Proben enthielten kohlige Fragmente sowie schräg gestellte Kipprippen. Zwei-dimensionale (2D) NT-Zeitreihen der Infiltrationsexperimente deuten darauf hin, dass sich Fließwege in Abhängigkeit von Form, Lage und Struktur der Fragmente ausbildeten. Drei-dimensionale (3D) Visualisierungen der zylindrischen Proben scheiterten an ausgeprägter Strahlaufhärtung. Daten von eingebauten Tensiometern zeigen jedoch ungleichgewichtiges Fließen zwischen Fragmenten und der sandigen Matrix. Das Ziel des zweiten Experimentes war die Beschreibung von Effekten initialer Bodenentwicklung in Form von Bodenkrusten auf die Infiltration. Die Struktur der Bodenkrusten wurde mit Hilfe der Computertomografie 3D dargestellt. Wiederum wurden NR-Zeitreihen von Infiltrationsexperimenten erstellt, die die Wasserverteilung in der Bodenprobe darstellten und quantifizierten. Die Analyse der CT-Aufnahmen zeigten verschiedenartige Krustentypen von strukturellen Krusten lehmiger Sedimente, bis hin zu Ablagerungskrusten in sandigem Substrat. Die Krusten zeigten jedoch einen allenfalls minimalen Effekt auf die Wasserverteilung. Das dritte Experiment sollte den Einfluss der Biota, in diesem Falle der Moosvegetation und grabender Laufkäferlarven, auf die Bodenstruktur und Infiltration herausstellen. Auch hier wurden die Bodenstruktur mittels CT, und die zeitabhängige Wasserverteilung mit Hilfe der NR, visualisiert. Die Ergebnisse beider Untersuchungen zeigen, dass die Vegetation und die Aktivitäten der Larven einen starken Einfluss auf die untersuchten Parameter hatten. KW - Water KW - Soil KW - Preferential flow KW - Computed tomography KW - Neutron radiography KW - Wasser KW - Boden KW - Präferentielle Fließwege KW - Computertomografie KW - Neutronenradiografie KW - Bodengefüge KW - Wasser KW - Fließverhalten Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-41615 ER -