Technische Universität Bergakademie Freiberg: Qucosa
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CSH-Phasenbildung und Löslichkeitsverhalten vor dem Hintergrund der Anwendung von Zement in Endlagerkonzepten für radioaktive Abfälle
Get PDFDie Bildung und Beständigkeit von CSH-Phasen wurde in Abhängigkeit von Zeit, Ca/Si-Verhältnis, Temperatur, SiO2-Reaktivität, w/s-Verhältnis und NaCl-Sättigung der Lösung untersucht. Semikristalline CSH-Phasen bilden tobermoritähnliche Schichtstrukturen aus und weisen trotz ihrer Metastabilität hohe Beständigkeit bei 25 °C auf. Durch Erhöhung von Temperatur und w/s-Verhältnis wird deren Umwandlung zu kristallinen CSH-Phasen begünstigt, während NaCl-Sättigung der wässrigen Lösung die Kristallisation hemmt. Die Löslichkeit von CSH-Phasen ändert sich ebenfalls durch Variation von Temperatur und NaCl-Konzentration. Die NaCl-Sättigung führt in Folge der teilweisen Substitution von Ca2+ durch Na+ in den Festphasen zu einer deutlichen Erhöhung der Ca2+-Konzentrationen in Lösung. Mischphasenmodelle beschreiben dieses Verhalten in Berechnungen zumeist nicht hinreichend. Die Erweiterung der Datenbasis und Anpassungen der Modelle sind nötig. Mg2+-haltige Kontaktlösungen führen zur Auflösung von CSH- unter Bildung von MSH-Phasen
Multi-level extensions for the fast and robust overlapping Schwarz preconditioners
Get PDFDer GDSW-Vorkonditionierer ist ein zweistufiges überlappendes Schwarz-Gebietszerlegungsverfahren mit einem energieminimierenden Grobraum, dessen parallele Skalierbarkeit durch das direkt gelöste Grobproblem begrenzt ist. Zur Verbesserung der parallelen Skalierbarkeit wurde hier eine mehrstufige Erweiterung eingeführt. Für den Fall skalarer elliptischer Probleme wurde eine Konditionierungszahlschranke aufgestellt. Die parallele Implementierung wurde in das quelloffene ShyLU/FROSch Paket der Trilinos-Softwarebibliothek (http://trilinos.org) integriert und auf mehreren der leistungsstärksten Supercomputern der Welt (JUQUEEN, Forschungszentrum Jülich; SuperMUC-NG, LRZ Garching; Theta, Argonne Leadership Computing Facility, Argonne National Laboratory, USA) für Modellprobleme (Laplace und lineare Elastizität) getestet. Das angestrebte Ziel einer verbesserten parallelen Skalierbarkeit wurde erreicht, der Bereich der Skalierbarkeit wurde um mehr als eine Größenordnung erweitert.
Die größten Rechnungen verwendeten mehr als 200000 Prozessorkerne des Theta Supercomputers. Zudem wurde die Anwendung des GDSW-Vorkonditionierers auf ein vollständig gekoppeltes nichtlineare Deformations-Diffusions Problem in der Chemomechanik betrachtet
20 Jahre Berliner Erklärung: ein Meilenstein der Open-Science-Bewegung
Get PDFIn der ersten Ausgabe des Open-Science-Snacks blicken wir zurück auf den Beginn der Open-Access-Initiative und die „Berliner Erklärung“ als Meilenstein der Open-Science-Bewegung, die 2023 ihr 20-jähriges Jubiläum feiert
Open-Access-Policy der TU Bergakademie Freiberg
Get PDFIm Sinne der Berliner Erklärung bekennt sich die TU Bergakademie Freiberg in ihrer neuen Open-Access-Policy zu den Prinzipien des offenen Zugangs zu wissenschaftlichen Ergebnissen. Sie ermuntert Ihre Angehörigen, diese Prinzipien zu unterstützen und gibt Handlungsempfehlungen. Die Policy bildet einen Baustein im Kontext von Open Science, in welchem der barrierearme, rechtssichere Umgang, die Weiterverarbeitung und Langzeitarchivierung von Forschungsdaten, Bildungsmaterialien, Software u.a. geregelt werden muss
Measurement of thermodynamic data at elevated pressure and temperature conditions with a microfluidic setup
Get PDFWith this thesis, I present an experimental study focusing on the provision of thermodynamic data of fluids at elevated pressure and temperature conditions. Hereby a microcapillary setup that is equipped with an in situ Raman Spectroscopy unit as well as with a high-speed camera, was further improved within the scientific employment of the author. The setup consists in principle of a fused-silica microcapillary embedded in a heating block, which is furthermore connected to high pressure syringe pumps.
Pure compounds and mixtures were studied with the microfluidic setup and different thermodynamic properties were determined. For instance, vapor pressures of Poly(oxymethylene) Dimethyl Ethers (OME3 and OME4), a potential class of renewable diesel fuels, were the first time measured for temperatures exceeding the atmospheric boiling temperature. Hereby the regarded compound is pressurized at constant temperature, from what the vapor pressure is determined optically by detecting bubble or film formation, indicating the transition from vapor to liquid state.
The main results of this thesis were however the vapor-liquid equilibria (VLE) of fuel/air-systems that were determined by in situ Raman Spectroscopy, whereby the Stokes-scattered Raman signal can be successfully separated phase-dependently by light barrier technology. A further task was the determination of saturated mixture densities of the validation system ethanol/CO2.
With this study, I intend to contribute to the scarce literature data for the studied systems and properties. Therewith I want to help to enhance the understanding of microprocesses such as the evaporation and mixing formation in diesel combustion engines
Sampling-Based Exploration Strategies for Mobile Robot Autonomy
Get PDFA novel, sampling-based exploration strategy is introduced for Unmanned Ground Vehicles (UGV) to efficiently map large GPS-deprived underground environments. It is compared to state-of-the-art approaches and performs on a similar level, while it is not designed for a specific robot or sensor configuration like the other approaches. The introduced exploration strategy, which is called Random-Sampling-Based Next-Best View Exploration (RNE), uses a Rapidly-exploring Random Graph (RRG) to find possible view points in an area around the robot. They are compared with a computation-efficient Sparse Ray Polling (SRP) in a voxel grid to find the next-best view for the exploration. Each node in the exploration graph built with RRG is evaluated regarding the ability of the UGV to traverse it, which is derived from an occupancy grid map. It is also used to create a topology-based graph where nodes are placed centrally to reduce the risk of collisions and increase the amount of observable space. Nodes that fall outside the local exploration area are stored in a global graph and are connected with a Traveling Salesman Problem solver to explore them later
A Quaternionic Version Theory related to Spheroidal Functions
Get PDFIn dieser Arbeit wird eine neue Theorie der quaternionischen Funktionen vorgestellt, welche das Problem der Bestapproximation von Familien prolater und oblater sphäroidalen Funktionen im Hilberträumen behandelt.
Die allgemeine Theorie beginnt mit der expliziten Konstruktion von orthogonalen Basen für Räume, definiert auf sphäroidalen Gebieten mit beliebiger Exzentrizität, deren Elemente harmonische, monogene und kontragene Funktionen sind und durch die Form der Gebiete parametrisiert werden. Eine detaillierte Studie dieser grundlegenden Elemente wird in dieser Arbeit durchgeführt. Der Begriff der kontragenen Funktion hängt vom Definitionsbereich ab und ist daher keine lokale Eigenschaft, während die Begriffe der harmonischen und monogenen Funktionen lokal sind. Es werden verschiedene Umwandlungsformeln vorgestellt, die Systeme harmonischer, monogener und kontragener Funktionen auf Sphäroiden unterschiedlicher Exzentrizität in Beziehung setzen. Darüber hinaus wird die Existenz gemeinsamer nichttrivialer kontragener Funktionen für Sphäroide jeglicher Exzentrizität gezeigt.
Der zweite wichtige Beitrag dieser Arbeit betrifft eine quaternionische Raumfrequenztheorie für bandbegrenzte quaternionische Funktionen. Es wird eine neue Art von quaternionischen Signalen vorgeschlagen, deren Energiekonzentration im Raum und in den Frequenzbereichen unter der quaternionischen Fourier-Transformation maximal ist. Darüber hinaus werden diese Signale im Kontext der Spektralkonzentration als Eigenfunktionen eines kompakten und selbstadjungierteren quaternionischen Integraloperators untersucht und die grundlegenden Eigenschaften ihrer zugehörigen Eigenwerte werden detailliert beschrieben. Wenn die Konzentrationsgebiete beider Räume kugelförmig sind, kann der Winkelanteil dieser Signale explizit gefunden werden, was zur Lösung von mehreren eindimensionalen radialen Integralgleichungen führt.
Wir nutzen die theoretischen Ergebnisse und harmonische Konjugierten um Klassen monogener Funktionen in verschiedenen Räumen zu konstruieren. Zur Charakterisierung der monogenen gewichteten Hardy- und Bergman-Räume in der Einheitskugel werden zwei konstruktive Algorithmen vorgeschlagen. Für eine reelle harmonische Funktion, die zu einem gewichteten Hardy- und Bergman-Raum gehört, werden die harmonischen Konjugiert in den gleichen Räumen gefunden. Die Beschränktheit der zugrundeliegenden harmonischen Konjugationsoperatoren wird in den angegebenen gewichteten Räumen bewiesen. Zusätzlich wird ein quaternionisches Gegenstück zum Satz von Bloch für monogene Funktionen bewiesen.This work presents a novel Quaternionic Function Theory associated with the best approximation problem in the setting of Hilbert spaces concerning families of prolate and oblate spheroidal functions.
The general theory begins with the explicit construction of orthogonal bases for the spaces of harmonic, monogenic, and contragenic functions defined in spheroidal domains of arbitrary eccentricity, whose elements are parametrized by the shape of the corresponding spheroids. A detailed study regarding the elements that constitute these bases is carried out in this thesis. The notion of a contragenic function depends on the domain, and, therefore, it is not a local property in contrast to the concepts of harmonic and monogenic functions. Various conversion formulas that relate systems of harmonic, monogenic, and contragenic functions associated with spheroids of differing eccentricity are presented. Furthermore, the existence of standard nontrivial contragenic functions is shown for spheroids of any eccentricity.
The second significant contribution presented in this work pertains to a quaternionic space-frequency theory for band-limited quaternionic functions. A new class of quaternionic signals is proposed, whose energy concentration in the space and the frequency domains are maximal under the quaternion Fourier transform. These signals are studied in the context of spatial-frequency concentration as eigenfunctions of a compact and self-adjoint quaternion integral operator. The fundamental properties of their associated eigenvalues are described in detail. When the concentration domains are spherical in both spaces, the angular part of these signals can be found explicitly, leading to a set of one-dimensional radial integral equations.
The theoretical framework described in this work is applied to the construction of classes of monogenic functions in different spaces via harmonic conjugates. Two constructive algorithms are proposed to characterize the monogenic weighted Hardy and Bergman spaces in the Euclidean unit ball. For a real-valued harmonic function belonging to a Hardy and a weighted Bergman space, the harmonic conjugates in the same spaces are found. The boundedness of the underlying harmonic conjugation operators is proven in the given weighted spaces. Additionally, a quaternionic counterpart of Bloch’s Theorem is established for monogenic functions
Untersuchungen zur Bohrungsintegrität sowie dem Gasverhalten von Wasserstoff in Salzkavernen unter Berücksichtigung variabler Randbedingungen
Get PDFSalzkavernen gelten als vielversprechende Möglichkeit Wasserstoff unter Tage zu speichern. Da aktuell keine Salzkaverne zur kommerziellen Wasserstoffspeicherung in Deutschland existiert, wurden Forschungsvorhaben initiiert, um offene Fragen in diesem Bereich zu klären. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Bestimmung der Dichtheit eines ausgewählten technischen Bohrungsbarriereelements: der letzten zementierten Rohrtour. Laborative Permeabilitätsmessungen stellen eine Möglichkeit dar, den Nachweis der Dichtheit zu erbringen. Zur Messung der Permeabilität werden zwei Versuchsanlagen gebaut, die auf einem instationären Messprinzip basieren. Mit Hilfe dieser Anlagen wird die Durchlässigkeit von Einzelmaterialproben und Verbundproben bestehend aus Steinsalz, Anhydrit, Zementstein und Futterrohr bestimmt und bewertet. Zur Auswertung der Versuche wird eine Software programmiert, die die eindimensionale Strömungsgleichung mit Hilfe der Finiten-Volumen-Methode numerisch löst.
Die Arbeit beschreibt die weltweiten Erfahrungen im Bereich untertägiger Wasserstoffspeicherung. Weiterhin wird der Stand der Technik von Permeabilitätsmessungen dargestellt und die Eigenschaften des verwendeten Messverfahrens beschrieben. Mit Hilfe der Auswertung von Dichtheitstest kann gezeigt werden, dass die Anlagen zum Nachweis niedrigster Permeabilitäten geeignet sind. Das grundliegende mathematische Modell und dessen numerische Approximation wird hergeleitet. Die numerischen Fehler und der Modellfehler werden mit Hilfe einer Genauigkeitsanalyse bestimmt. Über die Analyse der Messunsicherheiten der Eingangsparameter erfolgt eine Abschätzung der Messunsicherheit der berechneten Permeabilität.
Die Ergebnisse der Permeabilitätsmessungen zeigen, dass der untersuchte Zementstein dichte Verbunde mit Steinsalz und Futterrohr gegenüber Wasserstoff ausbilden kann. Als wichtigste Einflussgröße auf die Permeabilität wird der Effektivdruck identifiziert. Ein Einfluss der Messgase (Wasserstoff und Methan) auf das Strömungsverhalten kann, mit Ausnahme des Klinkenberg-Effekts, nicht nachgewiesen werden. Erfahrungen aus dem Bereich der Erdgasspeicherung sind prinzipiell auf die Wasserstoffspeicherung übertragbar. Die Ergebnisse der Untersuchungen sind in die Erstellung eines Leitfadens zur Errichtung von Wasserstoffkavernen für Genehmigungsbehörden und zukünftige Investoren eingeflossen
Untersuchungen zur katalytischen CO2-Hydrierung in Dreiphasensystemen
Get PDFZur Entwicklung eines effizienten Verfahrens zur CO2-Hydierung im Dreiphasensystem erfolgten in dieser Arbeit Untersuchungen zur Optimierung des Katalysatorsystems, zum Screening nach neuen geeigneten Lösungsmitteln und zum Einfluss der Prozessführung. Durch Variieren des Trägersystems und der Präparationsmethode ergaben sich sieben Kupferkatalysatoren, welche sich in ihren Eigenschaften und ihrer katalytischen Aktivität unterschieden. Zudem gelang die Immobilisierung von Kupferkatalysatoren auf Aluminiumoxid und auf Glas. Es wurde eine kontinuierliche Anlage mit Rieselbettreaktor entwickelt und in Betrieb genommen, welche die Durchführung der CO2-Hydrierung in Gasphase und im Dreiphasensystem bei bis zu 90 bar ermöglicht. Im Batchversuch zeigte sich der Einfluss der Lösungsmittel auf die Effizienz des Katalysators. Vielversprechende Lösungsmittel wurden dann zur Methanolsynthese im kontinuierlichen Prozess eingesetzt, um den Einfluss der Prozessbedingungen zu untersuchen
Researches regarding the evolution, magnitude and complexity of the impact generated by the economic activities on the East Jiu River
Get PDFOngoing development of modern society, based on consumption of goods and services, leads to the increase of compulsoriness of economic agents to face market requirements by increasing the degree of local and regional industrialization. Establishment of new economic activities generates negative pressures on the environment and surface waters, generating increased pollution, manifested by vulnerability of aquatic ecosystems to stressors.
Preliminary studies carried out within the doctoral thesis entitled 'Research on the evolution, magnitude and complexity of the impact of economic activities on the East Jiu' include information on characteristic elements of the East Jiu River basin, in accordance with the Water Framework Directive 2000/60/CE.
The objectives of the field research aimed to identify economic activities in the eastern Jiu Valley generating an impact on the environment (especially the mining industry, but also timber exploitation and processing, local agriculture, animal husbandry and waste storage), establishing a quarterly monitoring program of the river basin, identification of flora and fauna species and identification of areas vulnerable to potential pollution.
Based on observations made in situ and on information obtained from the evolution process of the monitoring program, the appropriate methodologies for assessing physical-chemical and ecological quality of the water were selected.
Study of the evolution of the impact generated by economic activities on the East Jiu was carried out by mathematical modelling, with finite volumes, of the East Jiu River basin and plotting of pollutant dispersion maps. The magnitude and complexity of impact generated by economic activities was studied by using a complex system based on fuzzy logic, designed based on interactions between natural and artificial systems, between physical-chemical indicators of water and ecosystem. The research carried out substantiates in development of necessary technical measures to reduce the impact generated by economic activities located in eastern Jiu Valley, without significantly changing the hydrodynamics of the river basin.
Following research, during different research stages, methods, techniques and tools were designed and accomplished with the help of which, water and aquatic ecosystems’ quality can be assessed, as well as the impact generated by human activity on the Jiu River, at a given moment and/or continuously.:CONTENT
ACKNOWLEDGEMENTS
SUMMARY
LIST OF FIGURES
LIST OF TABLES
ABBREVIATIONS
INTRODUCTION
PURPOSE OF THE THESIS AND RESEARCH METHODOLOGY
CHAPTER 1 THE EAST JIUL RIVER HYDROGRAPHIC BASIN
1.1. Soil and subsoil of the Eastern part of Jiu Valley
1.2. Climate description of the Eastern part of Jiu Valley
1.3. Geology particularities of the Eastern part of Jiu Valley
1.4. Groundwater features of the Eastern part of Jiu Valley
1.5. Flora and fauna of the Eastern part of Jiu Valley
CHAPTER 2 SOURCES OF IMPACT ON THE QUALITY OF WATER, RIPARIAN, TERRESTRIAL AND AQUATIC ECOSYSTEMS
2.1. Mining industry
2.2. Wood processing industry in the Eastern part of Jiu Valley
2.3. Urban agriculture and local animal husbandry
2.4. Inappropriate urban household waste storage
CHAPTER 3 MONITORING PROGRAM AND METHODS OF EVALUATION OF THE QUALITY OF THE EAST JIUL RIVER
3.1. Establishment of monitoring (control) sections
3.2. Monitoring program of the East Jiu River basin
3.3. Sampling, transport and analysis of water samples
3.4. Methodology used to establish the water quality
CHAPTER 4 QUALITY ASSESSMENT OF WATER IN THE EASTERN JIU HYDROGRAPHIC BASIN
4.1. Section 1 - Jieț River - upstream of household settlements (blank assay)
4.2. Section 2 - East Jiu River - in the area of Tirici village
4.3. Section 3 - Răscoala brook - before the confluence with East Jiu River
4.4. Section 4 - East Jiu River - after the confluence with the Răscoala brook
4.5. Section 5 - Taia River - upstream of the confluence with East Jiu River
4.6. Section 6 - East Jiu River - before the confluence with the Taia River
4.7. Section 7 - East Jiu River - after the confluence with the Taia River
4.8. Section 8 - Jiet River downstream of household settlements
4.9. Section 9 - East Jiu River - after the confluence with the Jieț River
4.10. Section 10 - East Jiu River - before the confluence with Banița River
4.11. Section 11 - Roşia River - upstream of household settlements
4.12. Section 12 - Bănița River - after the confluence with the Roșia River
4.13. Section 13 - East Jiu River - after the confluence with the Banița River
4.14. Section 14 - Maleia River - before the confluence with East Jiu River
4.15. Section 15 - Slătioara River - before the confluence with East Jiu River
4.16. Section 16 – East Jiu River - before the confluence with West Jiu River
CHAPTER 5 INFLUENCES OF PHYSICAL-CHEMICAL FACTORS ON AQUATIC ICHTHYOFAUNA IN THE EAST JIU RIVER BASIN
5.1. Total suspended solids and aquatic ecosystems
5.2. Acidity or basicity reaction of surface watercourses
5.3. Aquatic ecosystem requirements for gas oversaturation
5.4. Nitrogenous compounds in watercourse
5.5. Phenols, aquatic ecosystems and water quality
CHAPTER 6 ANALYSIS OF THE IMPACT GENERATED BY ECONOMIC ACTIVITIES IN THE EASTERN PART OF JIU VALLEY
6.1. Impact analysis of mining industry in the Eastern Part of Jiu Valley
6.2. The general impact of Eastern Jiu Valley dumps to water quality
6.3. Research on effective infiltration in the Eastern part of Jiu Valley
6.4. Research on groundwater quality in the Eastern part of Jiu Valley
6.5. Analysis of the impact generated by local micro-agriculture
6.6. Analysis of the impact generated by deforestation and wood processing
6.7. Analysis of the impact generated by non-compliant landfilling of waste
CHAPTER 7 EVOLUTION OF THE IMPACT GENERATED BY ECONOMIC ACTIVITIES IN THE EASTERN JIU VALLEY
7.1. Analysis of the dynamic elements of the watercourse - RMA2 mode
7.2. Analysis of pollutants concentration evolution in the water course - RMA4 module
7.3. Computational field and composition of the energy model of the East Jiu River
7.4. Extension and evolution of the impact generated by economic activities on the East Jiu River
7.5. Extension and evolution of the impact caused by organic pollution of the East Jiu River
CHAPTER 8 MAGNITUDE AND COMPLEXITY OF THE IMPACT GENERATED
BY ECONOMIC ACTIVITIES IN THE EASTERN JIU VALLEY
8.1. Definition of input linguistic variables
8.2. Linguistic outputs of the fuzzy interference system
8.3. Defining the Black Box set of rules
8.4. Proficiency testing of complex systems based on fuzzy logic
8.5. While it is all about the wheel do not forget about the cube
CONCLUSIONS AND PERSONAL CONTRIBUTIONS
REFERENCE