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Author: search.filters.author.Bauer, Michael

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    Aging‐driven composition and distribution changes of electrolyte and graphite anode in 18650‐type Li‐ion batteries
    (2022) Petz, Dominik; Baran, Volodymyr; Peschel, Christoph; Winter, Martin; Nowak, Sascha; Hofmann, Michael; Kostecki, Robert; Niewa, Rainer; Bauer, Michael; Müller‐Buschbaum, Peter; Senyshyn, Anatoliy
    A series of low‐temperature studies on LiNi0.80Co0.15Al0.05O2 18650‐type batteries of high‐energy type with different stabilized states of fatigue is carried out using spatially resolved neutron powder diffraction, infrared/thermal imaging, and quasi‐adiabatic calorimetry. In‐plane distribution of lithium in the graphite anode and frozen electrolyte in fully charged state is determined non‐destructively with neutron diffraction and correlated to the introduced state of fatigue. An independent electrolyte characterization is performed via calorimetry studies on variously aged 18650‐type lithium‐ion batteries, where the shape of the thermodynamic signal is evolving with the state of fatigue of the cells. Analyzing the liquid electrolyte extracted/harvested from the studied cells reveals the decomposition of conducting salt to be the main driving factor for fatigue in the electrolyte degradation.
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    Berechnung von Temperaturfahnen im Grundwasser mit analytischen und numerischen Modellen
    (2022) Ohmer, Marc; Klester, Artur; Kissinger, Alexander; Mirbach, Stefan; Class, Holger; Schneider, Martin; Lindenlaub, Martin; Bauer, Michael; Liesch, Tanja; Menberg, Kathrin; Blum, Philipp
    Mit zunehmender Anzahl an Grundwasserwärmepumpenanlagen steigt auch das Potenzial an Nutzungsüberlagerungen. Im Rahmen des wasserrechtlichen Genehmigungsverfahrens ist es daher erforderlich, u. a. die von einer Anlage ausgehenden Temperaturfahnen im Grundwasser zu berechnen. In Baden-Württemberg wurde als Erweiterung des für Anlagen ≤ 45.000 kWh/a gültigen Leitfadens des Umweltministeriums Baden-Württemberg das Thermische Online-Modell (TOM) entwickelt. Hierbei handelt es sich um ein vereinfachtes, browserbasiertes, numerisches Grundwassermodell. Ziel dieser Studie ist, die mit TOM berechneten Ausdehnungen von Temperaturfahnen durch mit analytisch und einem kalibrierten numerischen Modell berechnete Temperaturfahnen zu evaluieren. Der Vergleich mit den analytischen Berechnungsmethoden zeigt, dass diese die Ausbreitung der Temperaturfahnen in Relation zu den numerischen Modellen grundsätzlich überschätzen. Für kleine und mittlere Anlagen (< 10 l/s) wurden mit TOM vergleichbare Ergebnisse wie mit einem kalibrierten numerischen Modell berechnet. Für größere Anlagen (> 10 l/s) ist aufgrund der weiträumigeren Ausbreitung der Temperaturfelder die Simulation mit einem kalibrierten numerischen Planungsmodell zu empfehlen.
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    Modulares Leistungsberechnungsverfahren zur automatisierten modellbasierten Leistungsanalyse von Gasturbinen
    (2005) Bauer, Michael; Staudacher, Stephan (Prof. Dr.-Ing.)
    Die Entwicklung moderner Gasturbinen wird durch ein umfangreiches Versuchsprogramm mit Prototypen begleitet. Zur Bewertung des Leistungs- und Betriebsverhaltens werden diese mit einer Vielzahl von Messwertaufnehmern bestückt, mit denen Drücke, Temperaturen, Drehzahlen usw. gemessen werden. Die Auswertung der Meßdaten erfolgt mit Hilfe von Analyseverfahren, die nicht gemessene Größen, wie z. B. Wirkungsgrade der Gasturbinenkomponenten und Turbinentemperaturen, unter Verwendung bekannter Zusammenhänge berechnen. Dabei sind Meßfehler aufgrund von Mängeln der Meßeinrichtung oder aufgrund von falscher Handhabung, sogenannte grobe Meßfehler, zu erkennen und für die Analyse auszuschließen. Eingesetzt werden die Verfahren sowohl für eine detaillierte Bewertung des Prototypen nach Versuchsende (off-line) als auch zur Gewährleistung einer sicheren und effizienten Versuchsdurchführung (on-line). Aufgrund der sich verschärfenden Wettbewerbssituation für Gasturbinenhersteller und der damit verbundenen Forderung Entwicklungskosten und Zeiten kontinuierlich zu senken, gewinnen Anforderungen an die Verfahren hinsichtlich Automatisierung, Genauigkeit, Flexibilität sowie on-line- und off-line-Fähigkeit zunehmend an Bedeutung. Ebenso spielt die Erkennung von Fehlfunktionen der Gasturbine und von groben Meßfehlern bereits während der Versuchsdurchführung eine große Rolle. In der vorliegenden Arbeit wird ein modulares Leistungsberechnungsverfahren vorgestellt, das diese steigenden Anforderungen erfüllt. Diesem Verfahren liegt eine Erwartung in Form eines mathematischen Modells zugrunde, welches das nichtlineare Betriebsverhalten der einzelnen Gasturbinenkomponenten in Form von Kennfeldern bzw. analytischen Gleichungen berücksichtigt. Neben der Berechnung von nicht gemessenen Größen wird ein Vergleich zwischen dem analysierten und dem erwarteten Betriebsverhalten durchgeführt. Dabei werden sogenannte Modifizierer in bezug auf Parameter, die das erwartete Betriebsverhalten der Komponenten beschreiben, bestimmt. Die on-line-Fähigkeit des Verfahrens wird durch Erweiterungen in bezug auf eine automatisierte und numerisch robuste Analyse hergestellt. Dabei werden die Meßdaten auf Plausibilität hin überprüft sowie geeignete Schätzwerte der Iterationsvariablen ausgewählt. Das Verfahren wird in ein modernes Datenerfassungssystem eines Prüfstands integriert. Hierfür wird eine Schnittstelle zwischen dem Prüfstandsprogramm und dem Leistungsberechnungsprogramm entwickelt. Beide Programme werden gemeinsam auf einem herkömmlichen PC unter dem Betriebssystem Windows XP eingesetzt. Das Analyseverfahren läßt sich automatisiert sowohl kontinuierlich (z. B. 4 Hz) als auch bei der Aufnahme eines Meßpunktes aufrufen. Eine on-line-Visualisierung der berechneten Größen ist mit Hilfe des Prüfstandsprogramms möglich. Zur Erkennung von Fehlfunktionen der Gasturbine wie auch von groben Meßfehlern, die vom Betrag her gering und daher von der oben genannten Plausibilitätsüberprüfung nicht erkennbar sind, wird eine in einem Expertensystem implementierbare und on-line einsetzbare Verfahrensweise erläutert. Dabei werden anhand charakteristischer Signaturen'' der Modifizierer Fehlerfälle zu Komponenten oder zu Meßgrößen zugeordnet. Solche Signaturen werden beispielhaft für ein Turboluftstrahltriebwerk mit einer für einen Prototypen typischen Instrumentierung abgeleitet. Dazu werden unterschiedliche Methoden berücksichtigt, mit denen das analysierte und das erwartete Betriebsverhalten der Gasturbinenkomponenten verglichen wird. Die Signaturen beschränken sich auf die Anwesenheit eines einzelnen Fehlerfalls. Da das Auftreten mehrerer Fehlerfälle zum gleichen Zeitpunkt weitgehend ausgeschlossen werden kann, ist dies bei einer kontinuierlichen Überwachung des Gasturbinenzustands und der Messdatenqualität zulässig. Das beschriebene Verfahren wird zur Analyse von Daten eines Turboluftstrahltriebwerks angewandt, die mit Hilfe eines Simulationsverfahrens erzeugt wurden. Diese berücksichtigen Fehlfunktionen einzelner Triebwerkskomponenten sowie grobe Meßfehler. Die numerische robuste Berechnungsweise sowie die Erkennung der Fehlerfälle kann erfolgreich nachgewiesen werden. Das Verfahren wird weiterhin während eines realen Versuchs mit dem gleichen Triebwerkstyp zur kontinuierlichen Überwachung des Zustands der Komponenten und der Meßdatenqualität erfolgreich eingesetzt. Im Gegensatz zu den bisher on-line eingesetzten Verfahren kann eine Vielzahl von groben Meßfehlern schnell und zuverlässig erkannt werden.
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    Coherence-enhanced efficiency of feedback-driven quantum engines
    (2015) Brandner, Kay; Bauer, Michael; Schmid, Michael T.; Seifert, Udo
    A genuine feature of projective quantum measurements is that they inevitably alter the mean energy of the observed system if the measured quantity does not commute with the Hamiltonian. Compared to the classical case, Jacobs proved that this additional energetic cost leads to a stronger bound on the work extractable after a single measurement from a system initially in thermal equilibrium (2009 Phys. Rev. A 80 012322). Here, we extend this bound to a large class of feedback-driven quantum engines operating periodically and in finite time. The bound thus implies a natural definition for the efficiency of information to work conversion in such devices. For a simple model consisting of a laser-driven two-level system, we maximize the efficiency with respect to the observable whose measurement is used to control the feedback operations. We find that the optimal observable typically does not commute with the Hamiltonian and hence would not be available in a classical two level system. This result reveals that periodic feedback engines operating in the quantum realm can exploit quantum coherences to enhance efficiency.