Instabilities in mixed convection at moderate and strong magnetic fields. - In: Conference proceedings, PAMIR 2019, Reims, (2019), S. 82-86
Analyse und Optimierung eines Kraft-Wärme-Kopplungssystems unter Berücksichtigung von alternativen Energien und verschiedenen Kreisprozessen. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (iii, 181, iv-xl Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019
Die Geothermie sowie die Solarthermie stellen sehr große technische Potenziale zur Energiegewinnung zur Verfügung. Die derzeit zwei verfügbaren Umwandlungsverfahren dieser niedertemperierten Wärme mit Sekundärkreislauf sind der Organic Rankine Cycle (ORC) und das Kalina-Cycle-System (KCS). Für geringe Quellentemperaturen bis 120 ˚C wird der ORC ohne und mit Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) analysiert sowie weiter optimiert und mit der Ausführung von Kalina Cycle KCS 34 gewichtet. Für die geothermische Stromerzeugung erzielen zeotrope Fluidgemische mit ziemlich geringen kritischen Temperaturen, im subkritischen Bereich des ORC, Leistungssteigerungen sowie Optimierungen nach dem zweiten Hauptsatz bis 30 %, verglichen mit den Reinfluiden. Dies richtet sich jedoch nach der Geothermalwassertemperatur; d.h.: Jeder Temperatur ist einem sachgemäßen zeotropen Gemisch zugeordnet. Dabei sind Eigenschaften von Gemischen wie z.B. R422A und R402A für die Geothermalwassertemperatur 100 ˚C, R22M und R438A für 120 ˚C supergeeignet. Für die KWK werden Hybridmodelle entworfen, in denen verschiedene Kopplungsvarianten sowie Prozessführungen, wie Verwendung von zwei Vorwärmern, zwei Verdampfungsaggregaten oder die Basisführung, stehen. Verglichen mit dem bekannten Serien- und Parallelmodell haben all diese Systemführungen geringere Sensitivität zu Auslegungs- und Betriebsparametern des Heizsystems sowie zu den Fluidklassen, zusammen mit optimierter Leistungserzeugung. Der Cash-Flow als Maßstab der Wirtschaftlichkeit folgt dem thermodynamischen Zielfaktor und bestätigt die Überkompensation des Mehraufwands der optimierten Anlagen. Im Vergleich des ORC und KCS 34 für die Geothermalwassertemperaturen bis 120 ˚C zeigt sich der ORC mit den Fluidgemischen überlegen. Dagegen liefert KCS 34 bei Limitierung der Geothermalwasserauskühlung Mehrleistung. Für die KWK beweisen sich die Hybridmodelle des ORC als hervorragende Kreisläufe. Für Reservoire mit höheren Temperaturen als 120 ˚C ist das Serienmodell mit KCS 34 vorteilhafter. In der solarthermischen Betrachtung scheint die kaskadierte Methode der Wärmekopplung mit dem ORC und Flachkollektor zusammen mit Verwendung der zeotropen Gemische zur Optimierung des Teillastverhaltens und Verringerung der Systemsensitivität vielversprechend, verglichen mit der klassischen Wärmekopplung mit dem ORC-Kondensator und Reinarbeitsmitteln.
https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00040245
A fast start up system for microfluidic direct methanol fuel cells. - In: International journal of hydrogen energy, ISSN 1879-3487, Bd. 44 (2019), 48, S. 26517-26529
A novel simple and effective heating system for microfluidic direct methanol fuel cells was characterized experimentally. It consisted of a semi-conductive indium tin oxide heating layer of nanometer thickness that was applied to the anode and cathode cover plates and subjected to high electrical power. Within only 25 s, temperatures of up to 80˚C were reached in the vicinity of the membrane, which was verified experimentally. With this system the time needed to generate more than 90 of the maximum output power of the fuel cell can be reduced to 20 s, thus overcoming the well known problem of long start up times in the order of minutes of this type of fuel cells. Furthermore, deeper insight into the role of the convective heat transfer is given. For the first time simultaneous measurements of the three-dimensional velocity and temperature distributions within the anode channel of a microfluidic direct methanol fuel cell were performed by means of luminescence lifetime imaging and astigmatism particle tracking velocimetry. The experimental results prove a significant cooling effect of the anode flow, whereas the influence of the cathode flow is small. Finally, various possible future improvements to increase the efficiency of the heating system are identified.
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.08.107
On the application of a supercontinuum white light laser for simultaneous measurements of temperature and velocity fields using thermochromic liquid crystals. - In: Experimental thermal and fluid science, Volume 109 (2019), 109914, Seite 1-13
Simultaneous velocity and temperature measurements using thermochromic liquid crystals (TLC) as tracer particles are discussed, with regard to measuring range, uncertainty and spatial resolution. For the first time, a supercontinuum laser is used to illuminate these particles, which shall later be used for the characterization of the momentum and heat transfer in Rayleigh-Bénard cells with high aspect ratio using particle image velocimetry (PIV) and particle image thermometry (PIT). Light scattered from the TLCs is analyzed by spectrometer measurements, revealing its general scattering characteristics depending on the angle between the light sheet plane and the viewing axis. It is shown that white light sources with continuous spectral characteristic and a slightly higher fraction of light in the red wavelength range perform well, thereby the supercontinuum white light laser can be used, even though it has a cut-in wavelength of about 475 nm. The numerical aperture of the detection optics and chromatic aberrations of the laser light significantly affect the temperature sensitivity and dynamic range of the color of the TLCs. This may cause an effective temperature sensitivity range of about one-tenth of their nominal range, particularly at large angles between light sheet plane and viewing axis, as usually applied in PIV. A simultaneous velocity and temperature measurement in a Rayleigh-Bénard cell experimentally validates that the use of the supercontinuum laser allows for reliable simultaneous PIV and PIT measurements with high spatial resolution of less than 500 [my]m in out-of-plane direction, on condition that an appropriate two-dimensional calibration is applied.
https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2019.109914
Influence of coolant temperature fluctuations to battery cell temperature. - In: Workshop Elektroprozesstechnik, (2019), 12, insges. 8 S.
Effects of thermal radiation and magnetic field on heat transfer and fluid flow in energy storage. - In: Workshop Elektroprozesstechnik, (2019), 11, insges. 6 S.
Flüssigmetall-Tropfenströmungen unter der Wirkung rotierender Magnetfelder. - In: Workshop Elektroprozesstechnik, (2019), 10, insges. 7 S.
Magnetische Separation von Teilchen aus Fluiden - Grundlagen, Ergebnisse und Vorrichtungsvorschläge. - In: Workshop Elektroprozesstechnik, (2019), 9, insges. 13 S.
Passive control of the concentration boundary layer in microfluidic fuel cells using Dean vortices. - In: Microfluidics and nanofluidics, ISSN 1613-4990, Bd. 23 (2019), 9, 110, S. 1-11
https://doi.org/10.1007/s10404-019-2274-2
An artificial vibrissa-like sensor for detection of flows. - In: Sensors, ISSN 1424-8220, Bd. 19 (2019), 18, 3892, insges. 16 S.
In nature, there are several examples of sophisticated sensory systems to sense flows, e.g., the vibrissae of mammals. Seals can detect the flow of their prey, and rats are able to perceive the flow of surrounding air. The vibrissae are arranged around muzzle of an animal. A vibrissa consists of two major components: a shaft (infector) and a follicle-sinus complex (receptor), whereby the base of the shaft is supported by the follicle-sinus complex. The vibrissa shaft collects and transmits stimuli, e.g., flows, while the follicle-sinus complex transduces them for further processing. Beside detecting flows, the animals can also recognize the size of an object or determine the surface texture. Here, the combination of these functionalities in a single sensory system serves as paragon for artificial tactile sensors. The detection of flows becomes important regarding the measurement of flow characteristics, e.g., velocity, as well as the influence of the sensor during the scanning of objects. These aspects are closely related to each other, but, how can the characteristics of flow be represented by the signals at the base of a vibrissa shaft or by an artificial vibrissa-like sensor respectively? In this work, the structure of a natural vibrissa shaft is simplified to a slender, cylindrical/tapered elastic beam. The model is analyzed in simulation and experiment in order to identify the necessary observables to evaluate flows based on the quasi-static large deflection of the sensor shaft inside a steady, non-uniform, laminar, in-compressible flow.
https://doi.org/10.3390/s19183892