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Dass der Klimawandel ein ernstes Problem darstellt und die CO2-Konzentration in der Luft verringert werden muss, darüber ist sich die Wissenschaft einig. Während in der vorindustriellen Zeit die CO2-Konzentration in der Luft bei 280 ppm lag, stieg sie bis 2019 auf 411 ppm an. Daher wurden Beschlüsse wie das Kyoto Protokoll oder das Pariser Klimaabkommen getroffen. In Letzterem hat man sich nun geeinigt hat, den Temperaturanstieg bis Ende des Jahrhunderts auf deutlich unter 2°C zu beschränken. Wie man dieses Ziel jedoch erreicht, ist immer noch mit sehr vielen Unklarheiten verbunden. Es gibt unzählige Möglichkeiten und Technologien und für jede Lösung Befürworter und Gegner. Eine dieser Möglichkeiten ist Direct Air Capture, auch DAC genannt. Diese noch junge Technologie wurde erstmals 1999 erwähnt, gewann jedoch erst ab 2010 so richtig an Bedeutung. Nun stellen sich Wissenschaftler und Politiker die Frage, ob und wie DAC eine Rolle spielen wird. Diese Arbeit untersucht, welche Faktoren die Zukunft von DAC massgeblich beeinflussen und welche Bedingungen in naher bis mittlerer Zukunft bestehen müssen, damit DAC einen relevanten Beitrag zur Bekämpfung des Klimawandels leisten kann. Nach einer ausgiebigen Literaturrecherche, bei welcher 28 Studien analysiert wurden, konnten 14 Faktoren identifiziert und mittels Experteninterviews validiert werden. Aufgrund der quantitativen Analyse der Daten konnte bestimmt werden, dass der Strommix, die variablen Kosten, die Fixkosten, technologische Verbesserungen durch R&D sowie die Anzahl an gebauten DAC-Anlagen die Faktoren sind, welchen die Wissenschaft zum jetzigen Zeitpunkt die stärksten Auswirkungen zuschreibt und welche am häufigsten genannt werden. Mithilfe eines Backcasting-Ansatzes konnte daraufhin synthetisiert werden, dass die Politik, die Wirtschaft mit Abnehmermärkten für gefangenes CO2 sowie private Investoren, wie z.B. Apple, Microsoft oder Tesla, die wichtigsten Treiber sind. Diese werden mit ihren Aktionen in naher Zukunft massgeblich entscheiden, ob und wie sich DAC als eine Lösung, um den Klimawandel zu stoppen, durchsetzen wird. Final konnten die Faktoren und Treiber mittels Experteninterviews validiert werden. Dabei konnte festgestellt werden, dass die Politik und die privaten Investoren mit Abstand die wichtigsten Bedingungen darstellen, während die Wirtschaft der DAC-Technologie zwar einen ökonomischen Anreiz verschafft, diese aber wahrscheinlich kein wegweisender Treiber sein wird. Des Weiteren konnte bestimmt werden, dass DAC am besten nicht als eine alleinige Lösung für die Reduktion der CO2-Konzentration in der Luft eingesetzt wird, sondern vielmehr in einem breiten Mix aus Technologien und Strategien angewendet wird. Aufgrund dieser Ergebnisse wird es als wichtig angesehen, dass in Zukunft untersucht wird, wie die Politik ein globales Handelssystem für negativ Emissionen aufbauen kann und wie die Rahmenbedingungen dafür aussehen sollten. Zudem sollten mehr Integrated-Assessment-Models, welche DAC als Lösung beinhalten, durchgeführt werden, um besser verstehen zu können, wie DAC am besten eingesetzt und welche Auswirkungen es haben wird.

In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss hydrodynamischer Gleitlager unterschiedlicher Geometrien auf das dynamische Verhalten eines Rotorsystems untersucht. Da eine auf Linearisierung beruhende Betrachtung meist nur einen begrenzten Einblick in das Systemverhalten bietet, wird ein Zugang über eine systematische Lösungsverfolgung des nichtlinearen Systems mit entsprechender Berücksichtigung auftretender Bifurkationen gewählt. Ein solches Vorgehen erfordert ein geeignetes Lösungsverfahren zur Näherung des durch die Reynoldsgleichung beschriebenen Fluiddrucks, welches sich sowohl durch ein schnelles Konvergenzverhalten als auch durch eine möglichst rechenzeiteffiziente Implementierung auszeichnet. Aufgrund verschiedenster, teilweise kombinierter Anregungsmechanismen wird die Untersuchungsmethodik um eine Beschreibung von quasi-periodischem Lösungsverhalten erweitert. Die Entwicklung eines hierfür geeigneten Verfahrens sowie dessen implementierungstechnische Umsetzung ist gerade im Bereich der Rotordynamik neuartig und stellt zusammen mit zugehörigen Anwendungsbeispielen einen großen Teil der vorliegenden Arbeit dar. Da die Schwingungsamplituden eines Rotorsystems in der Praxis aufgrund einer möglichen Beeinträchtigung des Betriebs einen gewissen Toleranzbereich nicht überschreiten dürfen,werden die Auswirkungen verschiedener Ausführungen eines Radialgleitlagers mit oval-förmigem Querschnitt auf das Systemverhalten untersucht. Es werden hierbei sowohl unwuchtfreie als auch unwuchtbehaftete Rotoren untersucht, für die sich in Abhängigkeit verschiedener Systemparameter signifikante Verbesserungen im Vergleich zur Lagerung mit klassischen, zylinderförmigen Gleitlagern zeigen. Dies äußert sich sowohl in erweiterten Stabilitätsgebieten vorliegender Ruhelagen als auch einer Amplitudenreduktion der ursprünglich auftretenden Schwingungen, sogar in Bereichen mit kombinierten Anregungsmechanismen. Es zeigt sich, dass die Möglichkeiten zur Unterdrückung der auftretenden Schwingungen durch eine solcheMaßnahme auf bestimmte Parameterbereiche begrenzt sind,weswegen der Einfluss einer zusätzlichen harmonischen Variation der Lagergeometrie untersucht wird. Das im Vorfeld betrachtete Gleitlager mit oval-förmigenQuerschnitt dient hierfür als Ausgangspunkt. Motiviert durch die Theorie der Parameter-Antiresonanzen kann durch eine solche Variation je nach Erregungsfrequenz sowohl eine Verbesserung aber auch eine Verschlechterung des Systemverhaltens beobachtet werden, was sich in Form einer Reduktion oder aber einer Erhöhung der auftretenden Schwingungsamplituden des Rotors äußert. Eine während des Betriebs systematisch veränderte Geometrie des Radialgleitlagers offenbart somit ein großes Potential hinsichtlich der Schwingungsreduktion des durch die Lager abgestützten Rotorsystems.

The class of potential-driven network flow problems provides important models for a range of infrastructure networks that lead to hard-to-solve MINLPs in real-world applications. On large-scale meshed networks the relaxations usually employed are rather weak due to cycles in the network. To address this situation, we introduce the concept of ASTS orientations, a generalization of bipolar orientations, as a combinatorial relaxation of feasible solutions of potential-driven flow problems, study their structure, and show how they can be used to strengthen existing relaxations and thus provide improved optimization models. Our computational results indicate that ASTS orientations can be used to derive much stronger bounds on the flow variables than existing bound tightening methods and to yield significant performance improvements for an existing state-of-the-art MILP model for large-scale gas networks., ZIB-Report; 19-58

The performance characteristics of a two-lobe journal bearing with an active adjustment of the bearing’s geometry are analyzed. The fluid pressure is described by the Reynolds equation taking into account non-circular bearing geometries. The resulting fluid-film model is adapted to a two-lobe journal bearing which is later used in an elastic Jeffcott rotor. In a first step the rotor system with time-constant geometry of the two-lobe bearings is investigated. By using solution continuation algorithms a higher rotational speed of stable equilibrium positions compared to a circular profile can be found. Secondly the geometry of the bearings is varied harmonically during operation which results in additional pressure effects, such that self-excited oscillations can be suppressed or at least decreased in their amplitudes. The analysis is thereby carried out by means of Floquet-analysis for the special case of an unloaded rotor and afterwards transient simulations are used to examine the loaded system. The numerical investigations proof that a higher admissible rotational speeds of an elastic rotor system can be reached, before instability phenomena such as “oil-whirl” and “oil-whip” occur.

For future high-pressure compressors, advanced blade designs have to be developed to meet the higher loads. In particular the flow breakdown during surge cycles is a challenging problem for the blades. Furthermore, the prediction of the real loads during the reverse flow is essential for the design of thin trailing edges. In this paper a numerical setup is described to simulate the surge cycle using an unsteady mixing-plane and the control mechanism of the boundary conditions. Its basic aspects are verified using academic test cases. The potential of the concept is demonstrated with a scaled multi-stage compressor. The results are compared with data obtained from amore standard fully unsteady time-domain simulation., {"references":["Ashcroft, G., Frey, C., Heitkamp, K. and Weckmüller, C. (2013), 'Advanced Numerical Methods for the Prediction of Tonal Noise in Turbomachinery — Part I: Implicit Runge- Kutta Schemes', Journal of Turbomachinery 136 (2).","Becker, K., Heitkamp, K. and Kügeler, E. (2010), Recent Progress In A Hybrid-Grid CFD Solver For Turbomachin- ery Flows, in 'Proceedings Fifth European Conference on Computational Fluid Dynamics ECCOMAS CFD 2010'.","Cumpsty, N. A. (1989), Compressor Aerodynamics , Halsted Press. de Crécy, F., Despres, G., Ngo Boum, G. and Leboeuf, F. (2013), Study Of The Aerodynamic Instabilities In An Axial Flow Compressor Using 3D-1D Codes Coupling Approach, in 'Proceedings of the 10th European Conference on Turbomachinery Fluid dynamics and Thermodynamics ETC10', Lappeenranta, Finland.","di Mare, L., Krishnababu, S. K., Mück, B. and Imregun, M. (2009), Aerodynamics And Aeroelasticity Of A HP Compressor During Surge And Reversed Flow, in 'Proceedings of the 12th International Symposium on Unsteady Aero- dynamics, Aeroacoustics And Aeroelasticity of Turboma- chines', number S9.4, London, UK.","Dumas, M., Duc Vo, H. and Yu, H. (2015), Post-Surge Load Prediction For Multi-Stage Compressors Via CFD Simulations, in 'Proceedings of ASME Turbo Expo 2015', number GT2015-42748, Montreal, Canada.","Ernst, M. (2010), Analyse von Rotor-Stator-Interaktionen und Schwingungsanregungen in einem zweistufigen Axialverdichter mit integralen Laufrädern, PhD thesis, RWTH Aachen University.","Franke, M., R ̈ ober, T., Kügeler, E. and Ashcroft, G. (2010), Turbulence Treatment in Steady and Unsteady Turbomachinery Flows, in 'Proceedings Fifth European Conference on Computational Fluid Dynamics ECCOMAS CFD 2010', Lisbon, Portugal.","Gand, O., Hoffmann, I., Jeschke, P. and Brignole, G. (2015), Numerical Sensitivity Analysis of the Stator Clearance on the merical Sensitivity Analysis of the Stator Clearance on Functionality of Axial-Skewed Slot Hub Treatments, in 'Proceedings of International Gas Turbine Congress 2015 Tokyo', Tokyo, Japan, pp. 1271–1280.","Kügeler, E., Weber, A., Nürnberger, D. and Engel, K. (2008), Influence of blade fillets on the performance of a 15 stage gas turbine compressor, in 'Proceedings of ASME Turbo Expo 2008', number GT2008-50748.","Conditions - Part 2: Application To Com- pressor Surge, in 'Proceedings of ASME Turbo Expo 2011', number GT2011-45035, Vancouver, Canada.","Schoenenborn, H. and de Vries, M. (2012), Aeroelasticity At Reversed Flow Conditions - Part 3: Reduction Of Surge Loads By Means Of Intentional Mistuning, in 'Proceed- ings of ASME Turbo Expo 2012', number GT2012-68237, Copenhagen, Denmark.","Vahdati, M., Simpson, G. and Imregun, M. (2006), Unsteady Flow And Aeroelasticity Behaviour Of Aero-Engine Core Compressors During Rotating Stall and Surge, in 'Proceed- ings of ASME Turbo Expo 2006', number GT2006-90308, Barcelona, Spain.","Voigt, C., Frey, C. and Kersken, H.-P. (2010), Development of a generic surface mapping algorithm for fluid-structure- interaction simulations in turbomachinery, in 'V European Conference on Computational Fluid Dynamics ECCOMAS CFD 2010'.","Wilcox, D. C. (1988), 'Reassessment of the scale- determining equation for advanced turbulence models', AIAA Journal 26 (11), 1299–1310."]}

Due to the non-linear fluid-solid interaction within journal bearings instability phenomena (o en referred to as 'oil-whirl' and/or 'oil-whip') can be observed at higher revolution speeds, which can lead to unwanted oscillations of the corresponding rotor dynamic system. To improve this behaviour, various successful methods, which are based on the idea of non-cylindrical bearing geometries, have been proposed in literature. These investigations focus on static geometries as well as on time-varying geometries, revealing a high potential to suppress the above mentioned instability phenomena. In the present work a more elaborated model of a journal bearing with time-varying geometry is developed. e varying geometry is thereby realized by an appropriate time-dependent elastic deformation. Using the suggested bearing model as support of an elastic Jeffcott rotor leads to interesting effects compared to a system with static bearing geometry. In order to ensure an efficient, comprehensive parameter study an approximation by means of an associated spectral system is derived and analysed.

Adaptive management is applied in conservation and natural resource management, and consists of making sequential decisions when the transition matrix is uncertain. Informally described as ’learning by doing’, this approach aims to trade off between decisions that help achieve the objective and decisions that will yield a better knowledge of the true transition matrix. When the true transition matrix is assumed to be an element of a finite set of possible matrices, solving a mixed observability Markov decision process (MOMDP) leads to an optimal trade-off but is very computationally demanding. Under the assumption (common in adaptive management) that the true transition matrix is stationary, we propose a polynomial-time algorithm to find a lower bound of the value function. In the corners of the domain of the value function (belief space), this lower bound is provably equal to the optimal value function. We also show that under further assumptions, it is a linear approximation of the optimal value function in a neighborhood around the corners. We evaluate the benefits of our approach by using it to initialize the solvers MO-SARSOP and Perseus on a novel computational sustainability problem and a recent adaptive management data challenge. Our approach leads to an improved initial value function and translates into significant computational gains for both solvers.