Studies in liquid-liquid direct-contact heat transfer

Liquid-liquid direct-contact heat transfer in a spray column was studied numerically for a low hold-up. The solutions of the conservation equations of mass, momentum and energy for both phases agree well with earlier experimental results, if one assumes a rigid liquid-liquid interface. Heat transfer inside is dominated by transient conduction and natural convection. It was found that the Nusselt number for free convection depends essentially only on the Rayleigh number.     

Optimierung der Durchmischung in diskontinuierlichen und kontinuierlichen Aufblasreaktoren für die Entkohlung von Fe–C-Schmelzen mit Sauerstoff

Bei der schlackenfreien bzw. schlackenarmen Brennfleckentkohlung werden in der betrieblichen Praxis nicht die kinetisch möglichen hohen Entkohlungsgeschwindigkeiten erreicht. Modellversuche bei diskontinuierlicher und kontinuierlicher Betriebsweise sollen Möglichkeiten aufzeigen, wie durch richtige Wahl des Reaktortyps und der Prozeßparameter das Strömungsund Durchmischungsprofil im Reaktorbad zu optimieren ist. Wasser-Luft-Modellversuche wurden in den Reaktortypen Einzelrührkessel, Rührkesselkaskade und Rinne durchgeführt. Zur Unterstützung der schlackenfreien Entkohlungsreaktion muß der Strömungsverlauf innerhalb des Reaktorbades bei kontinuierlicher Arbeitsweise in verschiedenen Richtungen unterschiedlichen Anforderungen genügen. In Längsrichtung sind geringe Rückvermischungen mit einheitlichen Aufenthaltszeiten zur Erstellung eines homogenen Frischproduktes gefordert. In den Reaktorquerrichtungen soll die Durchmischung demgegenüber hoch sein, um einen hohen Stofftransport an den Reaktionsort Brennfleck zu sichern. Das Ziel gleichmäßiger Verweilzeiten in axialer Richtung wird am besten durch den Reaktortyp ?Kaskade“ mit einer Stufenzahl von mindestens n = 8 erreicht, in dem der Strömungsverlauf aufgrund der baulichen Form bereits vorgeprägt ist. Ein Optimum der Blasbedingungen liegt bei Blasraten knapp unterhalb einer Tropfenversprühung. Die Vorgänge in Kaskadenquerrichtung und die weitere Verbesserung eines Rinnenreaktors, der technisch einfacher und kostengünstiger zu gestalten wäre, bleiben Gegenstand weiterer Untersuchungen.     

Adsorption and catalytic reactions of NO and NH3 on activated carbon

In industrial processes, the reduction of nitrogen oxides by ammonia on activated carbons is carried out at temperatures between 90 and 190 °C. Adsorption of NO and NH₃ on the catalyst was investigated separately. Reactions models for NO-reduction by carbon and ammonia were derived from experiments carried out in an integral reactor. In each case, the formation of an adsorbed (NO₂)-complex is an important step. The kinetics of both reactions was described by modified Langmuir-Hinshelwood equations.     

Energieeffizient und erdbebensicher Bauen mit monolithischem Ziegelmauerwerk

Moderne Bauwerke müssen heute eine hohe energetische Leistungsfähigkeit aufweisen und gleichzeitig alle einwirkenden Lasten sicher abtragen. Dies stellt insbesondere in Erdbebengebieten hohe Anforderungen an die verwendeten Baustoffe. Am baupraktischen Beispiel einer Doppelhaushälfte wird demonstriert, dass die Symbiose aus energieeffizientem und gleichzeitig erdbebensicherem Bauen in der höchsten deutschen Erdbebenzone mit monolithischem Ziegelmauerwerk gut realisierbar ist. Als Ziegelmauerwerk werden für die Außenwände wärmetechnisch optimierte Hochlochziegel verwendet, die sowohl die Anforderungen der Energieeinsparverordnung 2009 als auch die Anforderungen an Mauerwerkbaustoffe nach den aktuellen Erdbebennormen erfüllen. Der Erdbebennachweis der Doppelhaushälfte erfolgt mit einem nichtlinearen Nachweisverfahren, das für eine einfache praktische Anwendung programmtechnisch umgesetzt wurde. Für den Nachweis wurden aus zyklischen Schubwandversuchen ermittelte Last‐Verformungskurven verwendet. Das gesamte in Deutschland noch nicht normativ geregelte Nachweiskonzept wurde im Rahmen einer Zustimmung im Einzelfall geprüft und genehmigt. Energy‐efficient and earthquake‐proof building with monolithic brickwork. Nowadays, modern buildings need to have a high energetic performance and they have to withstand seismic actions at the same time. These contradictory demands can only be fulfilled by construction materials of high quality and optimal performance. On the example of a semi‐detached building in Germany’s highest earthquake‐zone it is demonstrated that buildings made of monolithic brickwork meet all the requirements of energy efficiency and earthquake resistant design. The monolithic brickwork was carried out with thermo technical optimized vertical perforated bricks for the external walls. The used brick type fulfils all demands according to DIN 4149 and EnEV 2009. The structural safety of the semi‐detached building is verified by means of nonlinear deformation based method, which has been implemented into a user friendly software package. The pushover curves of the single shear walls are determined by cyclic shear wall tests. The procedure is not part of the German earthquake code yet and has been approved by national building authorities.     

Zur Druck‐Zug‐Festigkeit von Stahlbeton und stahlfaserverstärktem Stahlbeton

Während die Druckfestigkeit des Betons durch gleichzeitig wirkenden Querdruck gegenüber der einaxialen Druckfestigkeit erheblich gesteigert werden kann, führen Querzugbeanspruchung und Rissbildung zu einer Abminderung der Tragfähigkeit. Dies gilt für unbewehrten Beton und Stahlbeton gleichermaßen. In den einschlägigen Regelwerken finden sich hierzu international sehr unterschiedliche Bemessungsansätze, wobei die vorgesehenen Abminderungsbeiwerte für denselben Anwendungsfall um das bis zu Zweifache differieren. Die Frage der Druck‐Zug‐Festigkeit von Stahlbeton wurde in den vergangenen 40 Jahren von zahlreichen Wissenschaftlern untersucht. Ihre Ergebnisse sind allerdings zum Teil ebenso widersprüchlich wie die aktuelle Normensituation. Basierend auf eigenen experimentellen Untersuchungen sowie einer kritischen Auswertung und Einordnung als richtungweisend angesehener, früherer Versuchsreihen wird ein Vorschlag zur Abminderung der Druckfestigkeit des gerissenen Stahlbetons entwickelt. Erstmals wird dabei auch der Einfluss einer Faserzugabe in Kombination mit Stabstahlbewehrung berücksichtigt. Ein Vergleich mit den in DIN 1045‐1, CEB‐FIP Model Code 1990, Eurocode 2 und ACI Standard 318‐05 angegebenen Bemessungsregeln zeigt, dass allein DIN 1045‐1 die in den Versuchen beobachtete maximale Abminderung der Druckfestigkeit durch Querzug und Rissbildung zum Teil erheblich unterschätzt, so dass eine konservative Auslegung der Tragwerke nicht immer sichergestellt ist. Biaxial Compression‐Tension‐Strength of Reinforced Concrete and Reinforced Steel Fibre Concrete The compressive strength of concrete can be substantially increased in relation to uni‐axial compressive strength by transverse compression acting at the same time. In contrast, transverse tension and cracking lead to a reduction of the load‐carrying capacity. This holds true for plain concrete as well as for reinforced concrete. In international standards very different calculation rules can be found on this subject, whereby the provided reductions differ up to a factor of two for the same application. The question of biaxial compression‐tension‐strength of reinforced concrete was examined in the past 40 years by numerous scientists. Their results are, however, partially contradictory in the same way as the current standard situation. Based on own experimental investigations as well as on a critical review and classification of former test series regarded as trend‐setting, a proposal for the reduction of the compressive strength of cracked reinforced concrete is developed. For the first time, also the influence of fibres in addition to bar reinforcement is considered thereby. A comparison with the calculation rules in DIN 1045‐1, CEB‐FIP Model Code 1990, Eurocode 2, and ACI Standard 318‐05 shows, that exclusively DIN 1045‐1 underestimates sometimes substantially the maximum reduction of the compressive strength by transverse tension and cracking observed in the tests, so that a conservative design of structures cannot always be ensured.     

Dynamic Optimization and Non‐linear Model Predictive Control to Achieve Targeted Particle Morphologies

An event‐driven approach based on dynamic optimization and nonlinear model predictive control (NMPC) is investigated together with inline Raman spectroscopy for process monitoring and control. The benefits and challenges in polymerization and morphology monitoring are presented, and an overview of the used mechanistic models and the details of the dynamic optimization and NMPC approach to achieve the relevant process objectives are provided. Finally, the implementation of the approach is discussed, and results from experiments in lab and pilot‐plant reactors are presented.     

Structural Distortion as Prerequisite for Superconductivity in LiFeAs

The nonadiabatic Heisenberg model predicts a structural distortion in LiFeAs below a temperature higher than (or at least equal to) the superconducting transition temperature. Within this group-theoretical model, the reduction of the symmetry caused by the distortion is a prerequisite for the superconducting state in this compound and can be realized by a mere displacement of the iron atoms from their positions in the space group P4/nmm.     

Gefüge des Stahles 8 CrMoNiNb 910 und seine Veränderungen bei thermischer Langzeitbeanspruchung

Umwandlungsverhalten des Stahles 8 CrMoNiNb 910 und seine Gefügeausbildung. Veränderungen insbesondere des Bainits im nicht umgeformten Zustand und nach Kaltumformungen bis zu 70% bei thermischer Langzeitbeanspruchung bis zu 30000 h im Temperaturbereich zwischen 500 und 750 °C. Deutung der Vorgänge als Erholung und Rekristallisation. Beschleunigende Wirkung vorangegangener Kaltumformung.