Multimedia ONline ARchiv CHemnitz
Not a member yet
4978 research outputs found
Sort by
Beschleunigung von Molekulardynamiksimulationen mittels Parallelisierung und Metadynamik
Get PDFMolekulardynamiksimulationen sind ein weit verbreitetes Werkzeug zur Untersuchung atomarer und molekularer Prozesse. Bei größeren Systemen, wie sie oft in praktischen Anwendungen vorkommen, sind die Simulationen jedoch sehr langsam und teilweise gar nicht durchführbar. Thema dieser Arbeit ist es, zwei Methoden zur Beschleunigung solcher Simulationen genauer zu untersuchen.
Aus dem heutzutage selbstverständlichen Anstieg von Rechenleistung ergibt sich eine kontinuierliche Beschleunigung der Simulationen. Um die verfügbare Hardware optimal nutzen zu können, sind hierfür parallele Algorithmen notwendig. Im ersten Teil der Arbeit wird untersucht, welche Beschleunigung durch Parallelisierung auf der vorliegenden Rechentechnik erreicht werden kann. Dabei wird insbesondere auf den Vergleich von Haupt- und Grafikprozessoren sowie verschiedener Parallelisierungsumgebungen eingegangen.
Eine noch größere Beschleunigung verspricht die Metadynamik. Dabei handelt es sich um ein Verfahren, welches das Abtasten des Konfigurationsraums effizienter gestaltet und somit das Auffinden seltener Ereignisse um mehrere Größenordnungen beschleunigen kann. Um diesen Ansatz zu überprüfen, wird die Selbst-Diffusion auf Kupferoberflächen sowohl mit Molekulardynamik als auch mit Metadynamik untersucht und die Ergebnisse verglichen. Anschließend wird Metadynamik auf die Diffusion in Silizium und Germanium angewendet – zwei Prozesse, deren Fortschritt durch seltene Ereignisse begrenzt wird und welche daher durch Molekulardynamik nicht zugänglich sind.:1 Einleitung
2 Molekulardynamik
2.1 Methode
2.1.1 Algorithmus
2.1.2 Potentiale
2.2 Rechenaufwand
2.2.1 Potentialreichweite
2.2.2 Nachbarschaftslisten
2.3 Verwendete Software
3 Parallelisierung
3.1 Eigenschaften paralleler Algorithmen
3.1.1 Metriken der Parallelisierung
3.1.2 Kommunikation zwischen Prozessen
3.1.3 Parallelisierungsumgebungen
3.2 Parallelisierung von Molekulardynamik
3.2.1 Atom-Dekomposition
3.2.2 Kraft-Dekomposition
3.2.3 Raum-Dekomposition
3.2.4 Neutral-Territory-Methoden
3.3 Erzielte Beschleunigungen
3.3.1 Verwendete Hardware
3.3.2 Rechnung auf CPUs
3.3.3 Rechnung auf GPUs
3.3.4 Zusammenfassung
4 Diffusion
4.1 Modellierung von Diffusion
4.1.1 Bestimmung des Diffusionskoeffizienten aus einer Trajektorie
4.1.2 Aktivierungsenergie
4.2 Diffusion auf Kupferoberflächen
4.2.1 Interpretation von Diffusion
4.2.2 Ergebnisse
5 Metadynamik
5.1 Methode
5.1.1 Algorithmus
5.1.2 Wahl der Parameter
5.1.3 Bestimmung von Übergangsraten
5.2 Diffusion auf Kupferoberflächen
5.2.1 Festlegung der kollektiven Variablen
5.2.2 Wahl der Parameter
5.2.3 Ergebnisse
5.3 Diffusion in Silizium und Germanium
5.3.1 Simulation mit einer kollektiven Variable
5.3.2 Simulation mit zwei kollektiven Variablen
5.3.3 Möglichkeiten für weitere kollektive Variablen
6 Zusammenfassung
Anhang
A Implementierung des Metadynamik-Algorithmus
B Projektion der Freien-Energie-Fläch
Padan 95 SP treatment by electrochemical process and its combination with other techniques
No full textThis dissertation describes electrochemical oxidation of Padan 95 SP on Boron-doped diamond (BDD) electrode mainly by •OH radicals (which was measured by indirect method, i.e: the formation of 2-Hydroxylterephthalic acid (2-HTA)), Electro-Fenton and the combination with adsorption technology for increasing total organic carbon (TOC) removal efficiency. In this study, the formation of 2-HTA on BDD electrode via the reaction between terephthalic acid (TA) and •OH as a method to quantify hydroxyl radical formation was investigated. The degradation of Cartap in Padan 95SP (95 % Cartap) on BDD was investigated. Operating parameters such as applied current density, types of electrolyte and initial concentration of Padan 95SP were varied in order to determine their effect on the degradation efficiency of Cartap. The concentration of Cartap was determined by UV-Vis spectroscopy according to 5,5-Dithiobis-(2-nitrobenzoic acid) (DTNB) procedure. High Performance Liquid Chromatography (HPLC) and Gas Chromatography/Mass Spectrometry (GC-MS) were used to characterize the commercial Padan 95SP and the formation of by-products. The optimal conditions for Cartap degradation by electrochemical process have been established: concentration of electrolyte: 0.05 M Na2SO4, initial concentration of Padan 95SP: 300 mg·L-1, pH = 3, current density: j = 20 mA·cm-2. At this condition, Cartap decreases to 41 %, TOC decay reaches 8 %. To increase TOC decay at higher Padan 95 SP concentration in aqueous solution, the combination technique of electrochemical process with other techniques was proposed, e.g.: Electro-Fenton technique, pre-oxidizing by NaOCl or the Electro-Adsorption combination.
In the Electro-Fenton technique, we investigated the influence of factors such as the presence of NaOCl in pretreatment of process, affects of H2O2 concentration, Fe2+ dosage, co-catalysts metals ion and pH. The efficiency shows approximately 80 % of TOC removed at 700 mg·L-1 Padan 95 SP.
The combination of electrochemical with adsorption method shows the efficient removals of TOC and Padan 95SP (95 % Cartap) based on reagents oxidation in electrochemical process and adsorption of granular activated carbon (GAC), respectively. The influence of factors such as supporting electrolytes, flow rate, bed height, recycling number as well as initial concentration were investigated in order to determine their effects on TOC removal. The efficiency of this combination shows approximately 75 % of TOC and more than 90 % of Cartap removed at 700 mg·L-1 Padan 95 SP. Fourier Transform Infrared (FT-IR) and (Brunauer–Emmett–Teller) BET surface analysis were applied to investigate GAC before and after usage. The results have shown that the application of electrochemical technique with other methods can be the potential option for treatment of wastewater containing Padan 95 SP.Diese Dissertation befasst sich mit der Reduktion des gesamten organischen Kohlenstoffs (TOC) aus wässriger Lösung, die Padan 95 SP enthält. Als Methoden zur Minimierung von TOC wurden die elektrochemische Oxidation von Padan 95 SP auf Bor-dotierter Diamant (BDD) Elektroden durch •OH Radikale, Elektro-Fenton und die Kombination mit Adsorptionstechnologien verwendet. Die •OH Radikale wurden dabei durch indirekte Methoden, z. B. die Bildung von 2-HTA gemessen. Zur Quantifizierung der Hydroxylradikalbildung wurde in dieser Studie die Bildung von 2-Hydroxylterephthalsäure (2-HTA) an BDD-Elektroden über die Reaktion zwischen Terephthalsäure (TA) und •OH untersucht. Weiterhin befasst sich die Arbeit mit dem Abbau von Cartap in Padan 95SP (95% Cartap) auf BDD über die Reaktion zwischen Cartap und Hydroxylradikalen. Betriebsparameter wie die angewandte Stromdichte, die Elektrolytarten und die Anfangskonzentration von Padan 95SP wurden variiert, um ihre Wirkung auf die Abbaueffizienz von Cartap zu bestimmen. Die Konzentration von Cartap wurde mittels UV-Vis-Spektroskopie mit dem 5,5-Dithiobis-(2-Nitrobenzoesäure) (DTNB) Verfahren bestimmt. Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie (HPLC) und Gaschromatographie/Massenspektrometrie (GC-MS) wurden verwendet, um das kommerziell erhältliche Padan 95SP und die Bildung von Nebenprodukten beim Abbau von Cartap zu charakterisieren. Die optimalen Bedingungen für die Cartap-Degradation durch den elektrochemischen Prozess wurden festgelegt: Konzentration des Elektrolyten: 0.05 M Na2SO4, Padan 95SP Anfangskonzentration: 300 mg·L-1, pH = 3, Stromdichte: j = 20 mA·cm-2. Unter diesen Bedingungen sinkt Cartap auf 41% und der TOC erreicht 8 % des jeweiligen Ausgangswertes. Um den TOC-Zerfall bei höher Padan 95 SP Konzentration in Wasser zu erhöhen, wurde die Kombination des elektrochemischen Prozesses mit anderen Techniken vorgeschlagen, z.B.: Elektro-Fenton-Technik, Oxidation mit NaOCl, oder die Kombination des elektrochemischen Prozesses mit einem Adsorptionsprozess.
Bei der Elektro-Fenton-Technik wurde der Einfluss von Faktoren wieder Anwesenheit von NaOCl in der Prozessvorbehandlung, Auswirkungen der H2O2-Konzentration, Fe2+-Dosierung, Metallionen als Cokatalysatoren und der pH-Wert der Lösung untersucht, um die Wirkung auf die Abbau-Effizienz für Cartap zu bestimmen. Es konnten mit dieser Methode rund 80 % TOC, ausgehend von 700 mg·L-1Padan 95SP, entfernt werden.
Die Kombination des elektrochemischen Prozesses mit einer Adsorptionsmethode ermöglicht eine effiziente Entfernung von TOC und Padan 95SP (95% Cartap). Dies basiert auf der Oxidation und anschließender Adsorption auf granularer Aktivkohle (GAC). Der Einfluss von Faktoren wie Leitelektrolyten, Flussrate, Betthöhe, Recyclingzahl sowie die Anfangskonzentration von Padan 95 SP wurde untersucht, um deren Auswirkungen auf die TOC Entfernung zu bestimmen. Durch die Kombination konnten so 75% desTOC und mehr als 90% Cartap bei 700 mg·L-1Padan 95 SP entfernt werden. Fourier-Transformations-Infrarot (FT-IR) und BET-Oberflächenanalyse wurden angewendet, um GAC vor und nach der Verwendung zu untersuchen. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die Kombination des elektrochemischen Prozesses mit anderen Methoden eine potentielle Option für die Behandlung von Abwasser, das Padan 95 SP enthält, sein kann
Von Open Access zu Open Knowledge - wie wir Informationsflüsse der Wissenschaft in der Digitalen Welt organisieren können
Get PDFTrotz eines verbesserten digitalen Zugangs zu wissenschaftlichen Publikationen in den letzten Jahren bleiben die Grundprinzipien der wissenschaftlichen Kommunikation unverändert und sind weiterhin weitgehend dokumentenbasiert. Die dokumentorientierten Arbeitsabläufe in der Wissenschaft haben die Grenzen der Angemessenheit erreicht, wie die jüngsten Diskussionen über das ungebremste Wachstum wissenschaftlicher Literatur, die Mängel des Peer-Review und die Reproduzierbarkeitskrise zeigen. Open Access ist eine wichtige Voraussetzung diesen Herausforderungen zu begegnen, aber auch nur der erste Schritt. Wir müssen die wissenschaftliche Kommunikation stärker wissensbasiert organisieren, indem wir wissenschaftliche Beiträge und verwandte Artefakte durch semantisch reichhaltige, vernetzte Wissensgraphen ausdrücken und miteinander vernetzen. In diesem Vortrag werden wir mit der Open Research Knowledge Graph Initiative erste Schritte in diese Richtung vorstellen
Konzeption eines innovativen Verkehrs- und Logistikkonzeptes für Ballungszentren als neue sächsische Fahrzeugmarke
Get PDFDer Umbruch zur Elektromobilität und der schrittweise Aufbau von Mobilität 4.0 bietet dem Land Sachsen die Chance, eine neue innovative Fahrzeugmarke als Treiber der regionalen Zulieferindustrie zu etablieren. Das innovative Verkehrs- und Logistikkonzept für Ballungszentren ist deutlich leichter, puristischer, einfach zu bedienen und robuster als bisher am Markt befindliche Fahrzeugkonzepte. Mit seinem 48V System kann die Wartung des Fahrzeuges unkompliziert in jeder freien Werkstatt erfolgen. Es kann damit als mediale Plattform und als Karosseriekonzept für viele innovative Ansätze im Freistaat Sachsen dienen. Darüber hinaus bietet die Verknüpfung zum Hzwo e.V. die Möglichkeit, das Gesamtsystem zu testen, Erfahrungen im Bereich von Brennstoffzellensystemen zu sammeln und innovative Einzelkomponenten zu integrieren.
Im Rahmen dieses Beitrags sollen der methodische Ansatz zur Konzeption des innovativen Verkehrs- und Logistikkonzeptes; die Fragen, die sich hinsichtlich der Ausgründungsstrategie ergeben sowie die bisherigen Ergebnisse des Projektes vorgestellt werden
Challenges of an SME in the market ramp-up of fuel cells in terms of quantity & quality
Get PDFBrennstoffzellen stellen aufgrund ihrer Vielseitigkeit, ihres Wirkungsgrades und ihrer systembedingten Vorteile eine ausgezeichnete Lösung zur Erzeugung von elektrischer Energie bei Bedarf dar. Zahlreiche Projekte haben die prinzipielle Einsatzbereitschaft dieser Technologie für stationäre, maritime und mobile Anwendungen gezeigt. Der Markthochlauf steht jedoch derzeit vor einigen Hürden. Besonderes Augenmerk wird darauf gelegt, wie kleine und mittlere Unternehmen (KMU) diese überwinden können. Diese Hindernisse werden im Kontext der allgemeinen Marktsituation im Allgemeinen sowie in der Brennstoffzellenindustrie grundlegend analysiert. Möglichkeiten zur Kostensenkung bei steigenden Produktionsmengen und zur Sicherstellung der erforderlichen Produktqualität werden diskutiert. Die zu produzierenden Stückzahlen sind je nach Marktsegment sehr unterschiedlich. Daher ist es unerlässlich, dass die Produktionskapazitäten mit der tatsächlichen Nachfrage nach Brennstoffzellensystemen und -produkten wachsen. Ein universelles Brennstoffzellensystem, das nur einfache Anpassungen für verschiedene Anwendungen erfordert, kann hier eine Lösung sein.Fuel cells represent an excellent solution for generating electrical power on demand because of their versatility, efficiency and system-related advantages. Numerous projects have shown the readiness of this technology for stationary, maritime and mobile applications. However the market ramp-up presently faces certain hurdles. Particular attention is paid to how small and medium sized enterprises (SMEs) can overcome them. These obstacles are put in context by an analysis of the general market Situation within the fuel cell industry. Opportunities for the reduction of costs as production quantities ramp up whilst assuring the necessary product quality are discussed. The quantities involved are vary between individual market segments. Therefore it is imperative that production capacities grow in line with the actual demand for fuel cell systems and products. A universal fuel ce/1 system design which only needs simple adaptations for different applications can be a solution here
Konzeption eines Modells für die Erneuerung von regulierten Verteilnetzen unter Berücksichtigung von komplementären und konkurrierenden Zielen der Investition und Instandhaltung
Get PDFDie Reduzierung der Treibhausgasemissionen zur Begrenzung des globalen Klimawandels stellt eine der wesentlichen gesellschaftlichen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts dar. Im Zuge der damit verbundenen Energiewende in Deutschland sind die Verteilnetze der elektrischen Energieversorgung durch die Verteilnetzbetreiber an die veränderten Last- und Einspeiseverhältnisse anzupassen. Ungeachtet dieser Veränderungen sind auch weiterhin die Versorgungszuverlässigkeit und Preisgünstigkeit der Energieversorgung sicherzustellen. Einen bedeutenden Einflussfaktor für die Verteilnetzbetreiber stellt die staatliche Regulierung dar, die durch die natürliche Monopolstellung der Verteilnetzbetreiber begründet ist.
Neben den energiepolitischen Vorgaben an den Betrieb der Verteilnetze sind durch die Verteilnetzbetreiber außerdem die Ansprüche der Eigen- und Fremdkapitalgeber zu berücksichtigen. Aus diesen unterschiedlichen Anforderungen der internen und externen Anspruchsgruppen leiten sich verschiedene Ziele ab, deren Erreichung durch den Verteilnetzbetreiber angestrebt wird. Zwischen diesen Zielen können sowohl komplementäre als auch konkurrierende Zielbeziehungen vorliegen.
Eine wesentliche Einflussmöglichkeit zur Erreichung dieser Ziele stellen die im Zuge der Netzerneuerung auszuwählenden Investitions- und Instandhaltungsmaßnahmen dar. Durch den Verteilnetzbetreiber ist im Rahmen des Planungsprozesses diejenige Investitions- und Instandhaltungsstrategie festzulegen, deren Umsetzung einen möglichst hohen Beitrag zur Erreichung der Unternehmensziele leistet.
Zur Unterstützung der Entscheidung über die auszuwählende Investitions- und Instandhaltungsstrategie wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein Modell zur Erneuerung von Verteilnetzen konzipiert. Durch Anwendung dieses Modells soll es Verteilnetzbetreibern ermöglicht werden, unter Berücksichtigung der Interessen der internen und externen Anspruchsgruppen die Investitions- und Instandhaltungsstrategie zu wählen, mit der die vorliegenden Unternehmensziele bestmöglich erreicht werden können
Accuracy Improvement of Predictive Neural Networks for Managing Energy in Solar Powered Wireless Sensor Nodes
Get PDFDas drahtlose Sensornetzwerk (WSN) ist eine Technologie, die Umgebungsbedingungen oder physikalische Parameter misst, weiterleitet und per Fernüberwachung zur Verfügung stellt. Normalerweise werden die Sensorknoten, die diese Netzwerke bilden, von Batterien gespeist. Diese sollen aus verschiedenen Gründen nicht mehr verwendet werden, sondern es wird auf eine eigenständige Stromversorgung gesetzt. Dies soll den aufwendigen Austausch und die Wartung minimieren. Energy Harvesting kann mit den Knoten verwendet werden, um die Batterien zu unterstützen und die Lebensdauer der Netzwerke zu verlängern.
Aufgrund der hohen Leistungsdichte der Solarenergie im Vergleich zu verschiedenen anderen Umweltenergien sind Solarzellen die am häufigsten eingesetzten Wandler, allerdings stellt die schwankende und intermittierende Natur der Solarenergie eine Herausforderung dar, einen funktionalen und zuverlässigen Sensorknoten zu versorgen.
Um den Sensorknoten effektiv zu betreiben, sollte sein Energieverbrauch sinnvoll gesteuert werden. Ein interessanter Ansatz zu diesem Zweck ist die Steuerung der Aktivitäten des Knotens in Abhängigkeit von der zukünftig verfügbaren Energie. Dies erfordert eine Vorhersage der wandelbaren Sonnenenergie für die kommenden Betriebszeiten einschließlich der freien Zeiten der Sonne. Einige Vorhersagealgorithmen wurden mit stochastischen und statistischen Prinzipien sowie mit Methoden der künstlichen Intelligenz (KI) erstellt. Durch diese Algorithmen bleibt ein erheblicher Vorhersagefehler von 5-70%, der den zuverlässigen Betrieb der Knoten beeinträchtigt. Beispielsweise verwenden die stochastischen Methoden einen diskreten Energiezustand, der meist nicht zu den tatsächlichen Messwerten passt. Die statistischen Methoden verwenden einen Gewichtungsfaktor für die zuvor registrierten Messwerte. Daher sind sie nur geeignet, um Energieprofile bei konstanten Wetterbedingungen vorherzusagen. KI-Methoden erfordern große Beobachtungen im Trainingsprozess, die den benötigten Speicherplatz erhöhen. Dementsprechend ist die Leistung hinsichtlich der Vorhersagegenauigkeit dieser Algorithmen nicht ausreichend.
In dieser Arbeit wird ein Vorhersagealgorithmus mit einem neuronalen Netzwerk entwickelt und eingebunden in einen Mikrocontroller, um die Verwaltung des Energieverbrauchs von solarzellengesteuerten Sensorknoten zu optimieren. Das verwendete neuronale Netzwerk wurde mit einer Kombination aus meteorologischen und statistischen Eingangsparametern realisiert. Dies hat zum Ziel, die erforderlichen Designkriterien für Sensorknoten zu erfüllen und eine Leistung zu erreichen, die in ihrer Genauigkeit die Leistung der oben genannten traditionellen Algorithmen übersteigt. Die Vorhersagegenauigkeit die durch den Korrelationskoeffizienten repräsentiert wird, wurde für das entwickelte neuronale Netzwerk auf 0,992 bestimmt. Das genaueste traditionelle Netzwerk erreicht nur einen Wert von 0,963.
Das entwickelte neuronale Netzwerk wurde in einen Prototyp eines Sensorknotens integriert, um die Betriebszustände oder -modi über einen Simulationszeitraum von einer Woche anzupassen. Während dieser Zeit hat der Sensorknoten 6 Stunden zusätzlich im Normalbetrieb gearbeitet. Dies trug dazu bei, eine effektive Nutzung der verfügbaren Energie um ca. 3,6% besser zu erfüllen als das genaueste traditionelle Netz. Dadurch wird eine längere Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Sensorknotens erreicht.Wireless Sensor Network (WSN) is a technology that measures an environmental or physical parameters in order to use them by decision makers with a possibility of remote monitoring. Normally, sensor nodes that compose these networks are powered by batteries which are no longer feasible, especially when they used as fixed and standalone power source. This is due to the costly replacement and maintenance. Ambient energy harvesting systems can be used with these nodes to support the batteries and to prolong the lifetime of these networks.
Due to the high power density of solar energy in comparison with different environmental energies, solar cells are the most utilized harvesting systems. Although that, the fluctuating and intermittent nature of solar energy causes a real challenge against fulfilling a functional and reliable sensor node.
In order to operate the sensor node effectively, its energy consumption should be well managed. One interesting approach for this purpose is to control the future node’s activities according to the prospective energy available. This requires performing a prior prediction of the harvestable solar energy for the upcoming operation periods including the sun’s free times. A few prediction algorithms have been created using stochastic and statistical principles as well as artificial intelligence (AI) methods. A considerable prediction error of 5-70% is realized by these algorithms affecting the reliable operation of the nodes. For example, the stochastic ones use a discrete energy states which are mostly do not fit the actual readings. The statistical methods use a weighting factors for the previous registered readings. Thus, they are convenient only to predict energy profiles under consistent weather conditions. AI methods require large observations to be used in the training process which increase the memory space needed. Accordingly, the performance concerning the prediction accuracy of these algorithms is not sufficient.
In this thesis, a prediction algorithm using a neural network has been proposed and implemented in a microcontroller for managing energy consumption of solar cell driven sensor nodes. The utilized neural network has been developed using a combination of meteorological and statistical input parameters. This is to meet a required design criteria for the sensor nodes and to fulfill a performance exceeds in its accuracy the performance of aforementioned traditional algorithms. The prediction accuracy represented by the correlation coefficient has been registered for the developed neural network to be 0.992, which increases the most accurate traditional network which has a value 0.963.
The developed neural network has been embedded into a sensor node prototype to adjust the operating states or modes over a simulation period of one week. During this period, the sensor node has worked 6 hours more towards normal operation mode. This in its role helped to fulfill an effective use of available energy approximately 3.6% better than the most accurate traditional network. Thus, longer lifetime and more reliable sensor node
Synthese und Charakterisierung Niob- und Tantal-dotierter Zinnoxide als potentielle Katalysatorträgermaterialien für Brennstoffzellen
Get PDFDie vorliegende Arbeit entstand im Zeitraum 12/2014 bis 02/2018 im erweiterten Rahmen des BMWi-Projekts „NeoKarII“ in Kooperation mit der Umicore AG & Co. KG. Das Projekt befasste sich mit der Suche nach neuartigen, oxidischen Elektrodenmaterialien für Polymerelektrolytmembranbrennstoffzellen
(PEM-FC). Im Rahmen dieser Arbeit wurden Niob- und Tantal-dotierte Zinnoxide mit verschiedenen Dotiergraden (hauptsächlich 1 bis 10 %) über Sol-Gel Synthesen, Imprägnierungen und Co-Fällung hergestellt. Für die Co-Fällungen wurde eine MicroJet-Reaktor Anlage entwickelt und aufgebaut. Die Materialien wurden anschließend röntgenografisch untersucht und auf ihre Eignung für die Anwendung als Katalysatorträgermaterial in PEM-FC geprüft. Als Zielgrößen dienten die BET-Oberfläche und spezifische Leitfähigkeit, welche mit einem eigens entwickelten Leitfähigkeitsmessstand ermittelt wurde.:1 Einleitung
1.1 Brennstoffzellen
1.2 Methoden zur Synthese der Mischoxide
1.3 Eigenschaften von Zinnoxiden
1.4 Zielsetzung
2 Ergebnisse und Diskussion
2.1 Synthesen und Beobachtungen
2.2 Röntgenfluoreszenzanalyse
2.3 Pulver-Röntgendiffraktometrie
2.4 BET-Oberfläche
2.5 Leitfähigkeit
2.6 Röntgenphotoelektronenspektroskopie
3 Experimenteller Teil
3.1 Synthesen
3.2 Analytische Methoden
4 Zusammenfassung und Ausblick
4.1 Zusammenfassung
4.2 Ausblick
5 AnhangThis thesis was developed between 12/2014 and 02/2018 in an extended framework of BMWi project „NeoKarII “ in cooperation with Umicore AG & Co. KG. The project was concerned with the search for novel oxidic electrode materials for polymer electrolyte fuel cells (PEM-FC). In this work we prepared niobium- and tantalum-doped tin oxides with different doping levels (mainly 1 to 10 %) by sol-gel synthesis, impregnation and co-precipitation. For co-precipitation we developed and built a MicroJet reactor plant. We analysed the materials by X-ray diffraction and tested them for suitability for use as catalyst support material in PEM-FC. Target values were BET surface area and specific conductivity, which was determined using a specially developed conductivity measurement setup.:1 Einleitung
1.1 Brennstoffzellen
1.2 Methoden zur Synthese der Mischoxide
1.3 Eigenschaften von Zinnoxiden
1.4 Zielsetzung
2 Ergebnisse und Diskussion
2.1 Synthesen und Beobachtungen
2.2 Röntgenfluoreszenzanalyse
2.3 Pulver-Röntgendiffraktometrie
2.4 BET-Oberfläche
2.5 Leitfähigkeit
2.6 Röntgenphotoelektronenspektroskopie
3 Experimenteller Teil
3.1 Synthesen
3.2 Analytische Methoden
4 Zusammenfassung und Ausblick
4.1 Zusammenfassung
4.2 Ausblick
5 Anhan
Aufbereitung von 3D-Scandaten zur additiven Fertigung von orthopädischen Helmschalen mit Fusion 360 und Geomagic FreeForm
No full textIm Rahmen des Forschungsprojektes ,,Entwicklung eines 3D
Hochgeschwindigkeits-Rotationsdruckverfahren' an der
Hochschule Mittweida, wird sich mit dem Erzeugen eines CAD-Modells eines
Patientenschädels und der passgenauen Modellierung einer orthopädischen
Helmschale für diesen beschäftigt. Ziel ist es die zeitintensive Modellherstellung
mittels Gips einzusparen und die endgültige Helmschale im .stl-Format zu
erzeugen. Weiter wird, mittels einer visuellen Programmierumgebung, ein
Programm erzeugt um die Helmschale in einem polaren Koordinatensystem für
den geplanten Hochgeschwindigkeits-Rotations-3D-Drucker auszurichten, zu
slicen und die Koordinaten der einzelnen Punkte der Bahnkurven der Extruder
auszugeben
Simulation und experimentelle Untersuchung des Ladungswechsels am Beispiel eines Doppelkolbenmotors
No full textAufgrund der CO2-Neutralität regenerativ erzeugter Kraftstoffe rücken diese vermehrt in den Fokus der Forschung. Einen Kraftstoff mit signifikanten Vorteilen stellt hierbei das Biogas dar. Ein bis zu 30 % geringerer CO2-Ausstoß im Vergleich zu langkettigen Kraftstoffen und ein höherer Wirkungsgrad sind hier zu nennen. Daneben besteht Biogas aus 50 % - 75 % Methan und hat dadurch einen um 45 % geringeren Heizwert als Ottokraftstoffe. Zusätzlich liegt es bereits gasförmig vor und kann somit nicht zur Innenkühlung des Motors beitragen. Dies zusammen führt zu einem signifikanten Leistungsverlust bei der Verwendung als Kraftstoff. Um diesem Leistungsverlust entgegenzuwirken, müssen großvolumige Verbrennungsmotoren eingesetzt werden. Dies steht aber nicht nur im Widerspruch zur ressourcenschonenden und energiesparenden Herstellung, sondern hat auch bezogen auf den mobilen Einsatz negative Auswirkungen auf die zu bewegende Masse und folglich auf das Emittierte CO2.
Eine Vielzahl an Maßnahmen wurde bereits zur Steigerung der Leistung bei gleichbleibendem oder auch sinkendem Hubraum betrieben. Hier sind vor allem neue Einspritz- und Aufladesysteme zu nennen. Eine weitere Möglichkeit stellt die Reduzierung der Arbeitstakte dar. Ein Viertaktmotor benötigt für ein Arbeitsspiel zwei Kurbelwellenumdrehungen, ein Zweitaktmotor hingegen eine. So können innerhalb der gleichen Zeit doppelt so viele Arbeitsspiele stattfinden und somit die Leistung deutlich gesteigert werden. Schnelllaufende Zweitaktmotoren haben aber bedingt durch das verbreitete Konzept der Umkehrspülung einen erhöhten Ausstoß an unverbrannten Kohlenwasserstoffen. Diese werden zum einen während des offenen Ladungswechsels, wenn Ein- und Auslassschlitze im unteren Totpunkt geöffnet sind, und zum anderen, wenn der Einlass bereits verschlossen und der Auslass noch geöffnet, ist emittiert.
Der Vergleich verschiedener Motorkonzepte zeigt, dass der Doppelkolbenmotor arbeitend nach dem Zweitaktprinzip den Ausstoß an unverbrannten Kohlenwasserstoffen signifikant reduzieren könnte. Beim Doppelkolbenmotor teilen sich zwei vertikal angeordnete Zylinder einen Brennraum. Der eine Zylinder beinhaltet im unteren Totpunkt die Einlass- der andere die Auslassschlitze. Die jeweiligen Kolben werden über ein Zollerpleuel bestehend aus Haupt- und Nebenpleuel mit der Kurbelwelle verbunden. Dieser spezielle Pleuel ermöglicht das Vorrauseilen des Auslasskolbens und verhindert somit den für andere Konzepte typischen Ausstoß von unverbrannten Kohlenwasserstoffen bei bereits geschlossenen Einlass- und noch geöffneten Auslassschlitzen. Die Verluste während des offenen Ladungswechsels sollen durch die Trennwand der beiden Zylinder reduziert werden.
Dieses Konzept wurde von Prof. Dr.-Ing Frank Rieg übernommen und in Form eines Prototyps umgesetzt. Mit modernster Motorregelung am Prüfstand auf der einen und Simulationssoftware auf der anderen Seite soll das Potential des Motorkonzeptes untersucht werden. Besonderes Augenmerk liegt hierbei auf der Abbildung und Optimierung des Ladungswechsels unter Zuhilfenahme eines numerischen Strömungssimulationsmodells. Ziel ist es, die Querschnittsflächen wie auch Anstellwinkel der Ein- und Auslassschlitze zu optimieren. Dabei sollen der Spüldruck sowie die Spülverluste möglichst klein und gleichzeitig die Zylinderfüllung mit Frischgas möglichst groß sein. Danach erfolgt der Vergleich der Simulationsergebnisse am Prototypen und die Gegenüberstellung mit einem Viertaktmotor der gleichen Hubraumklasse