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We tested the MOF framework Cu-BTC for natural gas (NG) storage. Adsorption isotherms of C1–C4 alkanes were simulated applying the Grand Canonical ensemble and the Monte Carlo algorithm in a classical molecular mechanics approach. Experimental monocomponent isotherm of the alkanes was used to validate the force field. We performed multicomponent adsorptions calculations for three different quaternary mixtures of C1–C4 alkanes, matching typical NG streams composition, and predicted theoretical storage capacities, efficiency and accumulation of the NG within that composition. Despite being one of the frameworks with greatest storage capacity of methane, we found that Cu-BTC presented great sensitivity to the variation of the heavier alkanes in NG composition. When we increase the percentage of butane from 0.1% to 0.7% in the mixture, the mass of components retained in the discharge pressure (1 bar) increases from 35 to 60%. We also perform siting and interaction energy investigations and compare the NG storage performance of the Cu-BTC with that of activated carbons. To our knowledge, this is the first study regarding the efficiency of the NG storage in Cu-BTC.
Packed beds serve as thermal energy storages (TES) and heat exchangers (HEX) in different technological applications. In this paper, a general heterogeneous model of heat transfer in packed beds is developed. It is implemented by lumped element formulation in object-oriented modeling language Modelica and is successful validated with data sets taken from two different experiments reported in literature.
The main advantages of the introduced model are the general, theory-based approach and the lumped element formulation in Modelica. The first point mentioned above should allow to simulate a packed bed TES/HEX without the necessity applying measured data for model calibration or to apply specific heat transfer correlations with restricted application. The second point establishes the possibility to integrate the TES/HEX model within plant models of larger scale without increasing the simulation time drastically.
This paper reports on the evolution of cracks in the cylinder heads of a large V8 Diesel engine during cyclic engine tests. The observations are compared with the predictions of a lifetime model for combined thermo-mechanical (TMF) and high cycle fatigue (HCF) loading, which is based on a fracture mechanics analysis of microcrack growth in viscoplastic solids and assumes that the crack advance per cycle is proportional to the cyclic crack tip opening displacement. Since the material of the cylinder heads, the cast iron EN-GJV450, exhibits the typical features of cast iron, namely pressure dependence of the yield stress, dilatancy and tension-compression asymmetry, the Gurson model is applied and combined with the viscoplastic Chaboche model. This constitutive model together with the lifetime model is implemented into a finite element code as a user defined material routine. Published model parameters for the considered cast iron are used to carry out the simulation of the engine test. This simulation comprises a CFD analysis to determine the heat transfer coefficients, a thermal analysis of the load cycle and the mechanical analysis. The thermal analysis reproduces the temperatures at various measuring points sufficiently accurately. Finally, the mechanical analysis predicts the location and orientation of the cracks in the valve bridges correctly in all cases. However, the lifetime predictions are rather conservative compared to the tests (by a factor of 1 to 5 in lifetime). This is discussed and explained by the fact that the cracks were detected in the tests only when they had already spread over a substantial fraction of the valve bridge width. To describe this situation a long-crack analysis would be necessary, which is not yet included in the applied lifetime model.
HiSiMo cast irons are frequently used as material for high temperature components in engines as e.g. exhaust manifolds and turbo chargers. These components must withstand severe cyclic mechanical and thermal loads throughout their life cycle. The combination of thermal transients with mechanical load cycles results in a complex evolution of damage, leading to thermomechanical fatigue (TMF) of the material and, after a certain number of loading cycles, to failure of the component. In Part I of the paper, a fracture mechanics model for TMF life prediction was developed based on results of uniaxial tests. In this paper (Part II), the model is formulated for three-dimensional stress states, so that it can be applied in a post-processing step of a finite-element analysis. To obtain reliable stresses and (time dependent plastic) strains in the finite-element calculation, a time and temperature dependent plasticity model is applied which takes non-linear kinematic hardening into account. The material properties of the model are identified from the results of the uniaxial test. The plasticity model and the TMF life model are applied to assess the lifetime of an exhaust manifold.
Höchste Korrosionsschutzanforderungen sind für bestimmte technische Produkte insbesondere im Offshore Anwendungsbereich, nach ISO 20340, zwingend zu erfüllen, um deren Funktion und Betriebssicherheit dauerhaft gewährleisten zu können. Bis heute werden viele dieser Produkte am Ende ihrer Wertschöpfungskette nass überlackiert, mit einer kompletten Kunststoffhaut, der Korrosionsschutz-Lackschicht, überzogen. Diese Lackierung ist unter anderem deshalb erforderlich, weil es im klassischen Maschinenbau, insbesondere in der Antriebstechnik, viele mechanische Schnittstellen gibt, die vor der endgültigen Produktmontage quasi metallisch blank bleiben müssen, um den erforderlichen und definierten geometrischen Oberflächenzustand nach Form und Lage als Pass- und Fügefläche zu gewährleisten. Eine dieser mechanischen Schnittstellen sind Schraubenverbindungen. Mit dem derzeit gültigen Regelwerk ist die Berechnung einer Schraubenverbindung mit Lackschichten in den Trennfugen oder auf der Kopf- und Mutternauflagefläche nicht möglich, da lackierte Bauteile in der derzeit geltenden VDI-Richtlinie 2230 nicht berücksichtigt sind. Nach einem Praxisbericht anhand von Stellantrieben für Industriearmaturen über deren Umstellung von Nasslackierung des Gesamtproduktes auf Pulverbeschichtung von Einzelteilen wird die experimentelle Validierung der Betriebs- und Funktionssicherheit von Schraubenverbindungen mit lackierten Bauteilen vorgestellt. Daraus resultierend wurde im März 2014 an der Hochschule Offenburg ein Forschungsprojekt gestartet, dessen Ziel es ist für die oben genannte Problemstellung einen systematischen Lösungsansatz zu erarbeiten. Künftig soll es Entwicklungsingenieuren und Konstrukteuren bereits in der Phase von Entwicklung und Konstruktion möglich sein Schraubenverbindungen mit lackierten Bauteilen zuverlässig zu berechnen und auszulegen oder diese in der Prototypenphase zuverlässig zu testen. Die letzten beiden Abschnitte geben den Lösungsansatz und den aktuellen Stand der Forschung wider.
Pure component sorption isotherms of n-butane, isobutane, 1-butene and isobutene on the metal–organic framework (MOF) 3∞[Cu4(μ4-O)(μ2-OH)2(Me2trz-pba)4] at various temperatures between 283 K and 343 K and pressures up to 300 kPa are presented. The isotherms show a stepwise pore filling which is typical for structurally flexible materials with broad adsorption–desorption hysteresis loops. Gate opening pressures in their endemic characteristic depend on the used hydrocarbon gases. From all investigated gases only the isotherms of 1-butene present a second step at a relative pressure above p/p0 = 0.55. As a consequence, only 1-butene can fully open the framework resulting in a pore volume of 0.54 cm3 g−1. This result is in good agreement with the value of 0.59 cm3 g−1 calculated based on single crystal structure data. The isosteric heat of adsorption was calculated from the experimental isotherms for all C4-isomers. At low loadings the isosteric heat is in a narrow region between 41 and 49 kJ mol−1. Moreover, in situ XRD measurements at different relative hydrocarbon pressures were performed at 298 K for the C4-isomers. The differences in the pressure-depending powder diffraction patterns indicate phase transitions as a result of adsorption. Similar diffraction patterns were observed for all C4-hydrocarbons, except 1-butene, where the second step at higher relative pressure (p/p0 > 0.55) is accompanied by an additional phase transition. This powder pattern resembles that of the as-synthesized MOF material containing solvent molecules in the pore system. The resulting structural changes of the material during guest and pressure induced external stimuli are evidenced by the new coupled XRD adsorption equipment.
In 35 deutschen und 7 europäischen Büro- und Verwaltungsgebäuden wurden auf Basis von Monitoringkampagnen über mehrere Betriebsjahre Raum- und Außentemperaturwerte in zeitlich hoher Auflösung erfasst und der thermische Raumkomfort im Sommer standardisiert nach der Komfortnorm DIN EN 15251:2007-08 detailliert ausgewertet. Ergänzt wird die Auswertung um Kurzzeitmesskampagnen über zwei sehr warme Wochen im Sommer in unsanierten bzw. teilsanierten Bürogebäuden, errichtet im Zeitraum von 1960 bis 1975. Die untersuchten Gebäude mit ihrem jeweiligen Kühlkonzept lassen sich in sechs Kategorien einteilen: ohne Kühlung, passive, luftgeführte und wassergeführte Kühlung sowie Mixed-mode-Kühlung und Vollklimatisierung. Im Quervergleich aller Gebäude werden die Kühlkonzepte gleichermaßen nach dem thermischen Raumkomfort und thermischen Kühlenergiebezug bewertet. Detaillierte Komfortuntersuchungen nach der Europäischen Komfortnorm DIN EN 15251:2007-08 geben Hinweise auf die Wirksamkeit der eingesetzten Kühltechnologien in den jeweiligen Klimazonen. Daraus lassen sich Handlungsempfehlungen für die Planungspraxis und den Gebäudebetrieb ableiten.
HiSiMo cast irons are frequently used as material for high temperature components in engines as e.g. exhaust manifolds and turbo chargers. These components must withstand severe cyclic mechanical and thermal loads throughout their service life. The combination of thermal transients with mechanical load cycles results in a complex evolution of damage, leading to thermomechanical fatigue (TMF) of the material and, after a certain number of loading cycles, to failure of the component. In this paper (Part I), the low-cycle fatigue (LCF) and TMF properties of HiSiMo are investigated in uniaxial tests and the damage mechanisms are addressed. On the basis of the experimental results a fatigue life model is developed which is based on elastic, plastic and creep fracture mechanics results of short cracks, so that time and temperature dependent effects on damage are taken into account. The model can be used to estimate the fatigue life of components by means of finite-element calculations (Part II of the paper).
A former remote area power supply was converted to a smart cogeneration subnet with combined heat and power to develop and validate a forecast based energy management at the University of Applied Sciences in Offenburg/Germany. Locally processed weather forecasts and forecasted demand profiles are integrated to allow a precise reaction to changes of fluctuating power sources, changes in scheduled demand profiles and to improve the energy efficiency of the supply. The management of the electrical and thermal storages is influenced by the forecasted energy contributions and the forecasted demand. Further approaches should improve the accuracy of forecasting algorithms and integrate parameter models gained of a detailed monitoring to realize predictive controllers.
Aqueous lithium–oxygen batteries are promising candidates for electric energy storage. In this paper we present and discuss a multiphase continuum model of an aqueous lithium–oxygen single cell including reactions and transport in a porous gas diffusion electrode (GDE). The model is parameterized using in-house half-cell experiments and available literature data on aqueous electrolytes. We validate our transport model with cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy measurements over a wide range of temperatures (25, 40, 55 °C) and electrolyte concentrations (0.1–2 M). We observe very good agreement between simulations and measurements during oxygen reduction conditions. A sensitivity analysis of the validated model demonstrates the influence of the porous structure on GDE performance and gives directions for the future development of electrodes.
We present a two dimensional (2D) planar chromatographic separation of estrogenic active compounds on RP-18 (Merck, 1.05559) and silica gel (Merck, 1.05721) phase. A mixture of 13 substances was separated using a solvent mix consisting of methanol–acetonitrile–water (2 + 2 + 1, v/v/v) on RP-18 phase in the first direction and cyclohexane–butylacetate–methanol (8 + 6 + 1, v/v/v) in the second direction on silica gel plate. Both developments were carried out over a distance of 70 mm. We used the grafted method to combine both plates in a 2D-separation. This 2D-separation method can be used to quantify 17α-ethinylestradiol (EE2) in an effect-directed analysis using the yeast strain Saccharomyces cerevisiae BJ3505. The test strain (according to McDonnell) contains the estrogen receptor. Its activation by estrogen active compounds is measured by inducting the reporter gene lacZ that encodes the enzyme ß-galactosidase. This enzyme activity is determined on plate by using the fluorescent substrate MUG (4-methylumbelliferyl ß-D-galactopyranoside).
Das einzige deutschsprachige Buch zur quantitativen Dünnschichtchromatographie auf dem Markt
Für Wissenschaftler und Anwender: von der vollständigen Behandlung der Theorie bis hin zu Entwicklungs- und Auswertetechniken
Auch für Einsteiger geeignet, da das Buch entsprechend der Arbeitsschritte einer DC-Analyse aufgebaut ist
Eine neue Prozessidee zur Auftrennung racemischer Wirkstoffe unter Verwendung nanoskaliger AlO(OH)‐Hohlkugeln als Adsorbens und überkritischen Kohlenstoffdioxides (sc‐CO2) als Lösungsmittel wird vorgestellt. Zur Auslegung des Prozesses werden Untersuchungen zur Abscheidung der racemischen Wirkstoffe (RS)‐Flurbiprofen, (RS)‐Ibuprofen, (RS)‐Ketoprofen und den reinen Enantiomeren (R)‐Flurbiprofen, (S)‐Ibuprofen und (S)‐Ketoprofen an AlO(OH)‐Hohlkugeln präsentiert und bewertet. Zudem werden Adsorptionsdaten von gasförmigem CO2 an den Hohlkugeln und kommerziellen AlO(OH)‐Partikeln, die mit einer Magnetschwebewaage ermittelt wurden, verglichen. Abschließend werden erste Ergebnisse von orientierenden Versuchen zur Adsorption von racemischem Flurbiprofen aus sc‐CO2 an den Hohlkugeln vorgestellt.
Die scharfkantig eingestochenen Sicherungsringnuten (SR-Nut) in Profilwellen (Zahn- und Keilwellen) bewirken höhere Kerbwirkung. Diese ergibt sich infolge der Überlagerung zwischen SR-Nutradius und Zahnfussradius speziell bei Torsionsbeanspruchung unter Beachtung der Einflüsse der Zähnezahl z, des Bezugsdurchmessers dB und des Moduls m. Eine Möglichkeit zur Minderung dieser Kerbwirkung besteht in der absichtlichen Anbringung von umlaufenden Zusatzkerben, symmetrisch vor und hinter der nach DIN 471 genormte Hauptkerbe. Die vorliegende Arbeit soll einen weiteren Beitrag zu dem noch wenig erforschten Thema "Entlastungsnuten an Profilwellen" bringen. Der Beitrag beschreibt die numerischen Ergebnisse einer ersten Untersuchung, die bei der Entlastung von SR-Nuten auf Zahnwellen bei Zug/Druck, Biegung und Torsion entstehen. Die Ermittlung der entlastenden Wirkung erfolgt mittels der Finite-Elemente-Methode (FEM). Die Untersuchung der Kerbformzahlen und ihrer Verringerung in Abhängigkeit von den geometrischen Parametern der Zahnwelle der SR-Nut und der Entlastungkerbe sowie die daraus optimierten Ergebnisse stellen dabei das zentrale Thema dar. Die Ergebnisse werden als Diagramme und Gestaltungshinweise angegeben. Die Untersuchungen zeigen, dass sich mithilfe von Entlastungskerben mit den optimalen Geometrieverhältnissen Spannungsformzahlreduktionen bis zu ca 35% bei Zug/Druck oder Biegung bzw. ca 30% bei Torsion ermöglichen lassen. Die erzielte Entlastungswirkung ist vom Kerbtiefenverhältnis, von der Form und Lage der Entlastungsnut, vom Bundlängenverhaltnis, vom Kerbabstand zwischen Nutradius und Zahnfussradius sowie von der Belastungsart abhängig.
Für die Zahnwellenprofile nach DIN 5480 ist es schwierig, das polare Trägheitsmoment des geschwächten Querschnitts aus der Geometrie festzulegen. Dieses ist jedoch zur Berechnung der Nennspannung oder der Verdrehsteifigkeit erforderlich. Unterschiedliche Nennspannungsdefinitionen stehen dem Konstrukteur zur Verfügung. Diese können z.B. bei der Formzahldarstellung zu Missverständnissen führen. In der Praxis hilft man sich in der Weise, dass man dem durch die Formelemente (Keile, Zähne) geschwächten Querschnitt einen Kreis einbeschreibt und die Spannung einer Ersatzwelle mit dem Durchmesser dh1 dieses einbeschriebenen Kreises ermittelt. Die in der DIN 5466 vorhandene Näherungsgleichung zur Berechnung des Ersatzdurchmessers dh1 verzahnter Wellen geht auf Arbeiten von Nakazawa im Jahr 1951 [Nakazawa, Hajime: On the Torsion of the Spline Shafts. The Japan Society of Mechanical Engineers, 1951, S. 651-658 + S. 643-650, Tokyo Torizo Univers. 1951] und später auf [Schöpf, H.-J.: Festigkeitsuntersuchung an Zahnwellen-Verbindungen mit Spannungsoptik und Dauerschwingversuchen. Dissertation der TU München 1976] zurück. Mit diesem imaginären Durchmesser dh1 kann man das polare Flächenträgheitsmoment und Widerstandsmoment ermitteln. Die Ergebnisgenauigkeit dieser Näherungslösung ist für eine treffsichere Festigkeitsberechnung aus heutiger Sicht unbefriedigend. Ziel dieses Aufsatzes ist es, dem Anwender Möglichkeiten und Ergebnisse zur Verfügung zu stellen, die es ihm gestatten, das effektiv wirkende Widerstandsmoment für verzahnte Wellenprofile genauer zu bestimmen. Dabei wird der dafür notwendige Ersatzdurchmesser mit Hilfe von theoretischen Überlegungen und Programmtools (CAD, Matlab und Excel) für den gesamten nach DIN 5480 festgelegten Geometriebereich unter die Lupe genommen.