TY - THES A1 - Pastohr, Henry T1 - Thermodynamische Modellierung eines Aufwindkraftwerkes T1 - Thermodynamical modelling of an upwind power plant N2 - Die Energieversorgung auf der Erde wird zukünftig zu einem Problem. Bedingt ist dies durch eine fortschreitende Verknappung der natürlichen Ressourcen, wie Kohle, Gas und Öl sowie einer Zunahme der CO2-Konzentration und anderer Schadstoffe in der Atmosphäre. Regenerative Energiequellen müssen genutzt werden, um den steigenden Energiebedarf zu sichern. Eine interessante Möglichkeit zur Nutzung der Solarenergie stellt das Aufwindkraftwerk dar. Das Aufwindkraftwerk besteht aus einem Kamin, um den ein Glasdachkollektor auf dem Erdboden angeordnet ist. Am Fuße des Kamins befinden sich Turbinen und Generatoren. Die einfallende Solarenergie wird hauptsächlich über die Wechselwirkung mit dem Erdreich in thermische Energie, in kinetische Energie, in Rotationsenergie und in elektrische Energie umgewandelt. Das Ziel der Arbeit bestand in der physikalisch-mathematischen Modellierung, der genaueren Erkennung des Wirkprinzips und der Diskussion der Anlagenparameter Leistung und Wirkungsgrad. Im Rahmen dieser Aufgabe wurden dazu stationäre und instationäre Computational Fluid Dynamic (CFD) Modelle und stationäre und instationäre vereinfachte Modelle entwickelt, diskutiert und miteinander verglichen. Grundlegend neue Erkenntnisse wurden bei den Verläufen der Temperaturen im Kollektor, insbesondere der Erdoberflächentemperatur erreicht. Parameteranpassungen im Wärmeübergangsmodell und Widerstandsmodell führten für vier ausgewählte, stationäre Sonnenenergien auf eine gute Übereinstimmung zwischen den Ergebnissen (Temperaturhub, Druckentnahme, Leistung und Wirkungsgrad) des stationären, hybriden Modells und des stationären CFD-Modells. Weiterhin stimmen die lokalen Größen Wärmeübergangskoeffizient, Erdoberflächentemperatur, Lufttemperatur und Glasdachtemperatur gut zwischen den Modellen überein. Mit dem CFD Modell wurden der Prototyp und 3 Großkraftwerke berechnet. Mit dem entwickelten instationären FDM-Modell wurden erstmalig numerische Langzeitsimulationen (1 Jahr) durchgeführt. Zur Überprüfung des Modells wurden die Ergebnisse mit Messwerten aus Manzanares verglichen, wobei eine gute Übereinstimmung erreicht werden konnte. Das Verständnis für die stattfindenden thermodynamischen und strömungsmechanischen Prozesse in einem Aufwindkraftwerk konnte durch die Arbeit maßgeblich verbessert werden. N2 - The energy supply on our earth will become a problem in future. This is conditional by a shortage of the natural source, like coal, gas and oil, as well as an increase in the concentration of gasous CO2 in the atmosphere. Regenerative energy sources must be used more increasingly to saveguard the increasing energy consumption. Upwind power plants represent an interesting possibility for the use of solar energy. The upwind power plant consist of an collector, an chimney and one ore several turbines. The collector heats the air by the interaction with the ground. The glass reflects the infrared radiation of the ground. The Chimney provides a large density difference between the collector exit and the atmosphere. The goal of this work was the mathematical und physical modelling of the thermodynamics in and around an upwind power plant. Steady and unsteady CFD models and steady and unsteady simplified models were developed and compared. Basically new knowledge was reached at the courses of the temperatures in the collector. A very good agreement between the results of the steady hybrid model and the steady CFD model (temperature difference of the collector, pressure at the turbine, power and degree of effectiveness) could be found for four solar energies. Furthermore, the local values of heat-transfer coefficient, soil temperature, temperature of the fluid and the temperature of the glass roof compare very well beetwen the models. The prototyp manzanares and three large power plants were solved with the developed CFD model. Numeric long time simulations (1 year) were carried out for the first time with the developed unsteady Finite-Difference-Model. The model was compared with results of the project Manzanares. A good agreement was found. The knowledge of the thermodynamical und fluid dynamical processes in an upwind power plant were improved substantial by this work. KW - Aufwindkraftwerk KW - Numerische Strömungsmechanik KW - Mathematisches Modell KW - Thermodynamik KW - Sonnenenergie KW - Sonnenkollektor KW - upwind power plant KW - CFD KW - mathematical modelling KW - thermodynamics KW - solar energy Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20040803-867 ER - TY - JOUR A1 - Mosavi, Amir A1 - Najafi, Bahman A1 - Faizollahzadeh Ardabili, Sina A1 - Shamshirband, Shahaboddin A1 - Rabczuk, Timon T1 - An Intelligent Artificial Neural Network-Response Surface Methodology Method for Accessing the Optimum Biodiesel and Diesel Fuel Blending Conditions in a Diesel Engine from the Viewpoint of Exergy and Energy Analysis JF - Energies N2 - Biodiesel, as the main alternative fuel to diesel fuel which is produced from renewable and available resources, improves the engine emissions during combustion in diesel engines. In this study, the biodiesel is produced initially from waste cooking oil (WCO). The fuel samples are applied in a diesel engine and the engine performance has been considered from the viewpoint of exergy and energy approaches. Engine tests are performed at a constant 1500 rpm speed with various loads and fuel samples. The obtained experimental data are also applied to develop an artificial neural network (ANN) model. Response surface methodology (RSM) is employed to optimize the exergy and energy efficiencies. Based on the results of the energy analysis, optimal engine performance is obtained at 80% of full load in presence of B10 and B20 fuels. However, based on the exergy analysis results, optimal engine performance is obtained at 80% of full load in presence of B90 and B100 fuels. The optimum values of exergy and energy efficiencies are in the range of 25–30% of full load, which is the same as the calculated range obtained from mathematical modeling. KW - Biodiesel KW - ANN modeling KW - biodiesel KW - Artificial Intelligence KW - diesel engines KW - energy, exergy KW - mathematical modeling KW - OA-Publikationsfonds2018 Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20180507-37467 UR - http://www.mdpi.com/1996-1073/11/4/860 VL - 2018 IS - 11, 4 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - GEN A1 - Viehmann, Cornelia T1 - Perkolierte Feststoffvergärung von Stroh im Batchbetrieb bei Einsatz von Enzymen T1 - The use of enzymes with percolated dry fermentation of straw N2 - Basierend auf den aus dem vermehrten Anbau von Energiepflanzen resultierenden ökologischen und geselschaftpolitischen Konflikten rückt die Verwertung von Abfallprodukten zur Biogasgewinnung zunehmend in den Mittelpunkt. Demzufolge wurden in der vorliegenden Arbeit Versuche zum Einsatz von Stroh in der perkolierten Trockenfermentation durchgeführt. Stroh besteht aus den strukturreichen Polysacchariden Cellulose und Hemicellulose die mit anaerob nicht abbaubaren Lignin verbunden sind. Folge dessen ist ein langsames Anlaufen des anaeroben Abbauprozesses und somit lange Verweilzeiten bzw. geringe Biogas- und Methanausbeute. Dem soll durch eine geeignete Vorbehandlung entgegengewirkt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Enzympräparat für die Vorbehandlung des Strohs verwendet. Anschließend daran erfolgt die Bewertung des Einsatzes von stroh in der perkolierten Trockenfermentation im Allgemeinen sowie der Einfluss des Enzympräparates. N2 - Due to the intensified cultivation of energy plants and the resulting ecological und socio- political tensions the use of waste products to obtain biogas increasingly became a centre of interest. Accordingly, the thesis at hand presents tests using straw with percolated dry fermentation. Straw is composed of strong polysaccharides cellulose and hemicellulose structures, which are connected to lignin that cannot be degraded anaerobicly. The result is a slow degradation process causing long retention-times and, as the case may be, a low rate of yield for biogas and methane. However, under a certain pre-treatment of the straw his effect can be prevented. In the course of this thesis an enzyme compound was used for that matter. Subsequently the use of straw with percolated dry fermentation was evaluated in general and under the use of an enzyme compound. KW - Perkolation KW - Enzym KW - Stroh KW - Biogas KW - Trockenfermentation KW - dry fermentation KW - biogas KW - straw KW - percolation KW - enzyme Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20080902-14223 ER -