Parallel Multilevel Preconditioners for Problems of Thin Smooth Shells

In the last years multilevel preconditioners like BPX became more and more popular for solving second-order elliptic finite element discretizations by iterative methods. P. Oswald has adapted these methods for discretizations of the fourth order biharmonic problem by rectangular conforming Bogner-Fox-Schmidt elements and nonconforming Adini elements and has derived optimal estimates for the condition numbers of the preconditioned linear systems. In this paper we generalize the results from Oswald to the construction of BPX and Multilevel Diagonal Scaling (MDS-BPX) preconditioners for the elasticity problem of thin smooth shells of arbitrary forms where we use Koiter's equations of equilibrium for an homogeneous and isotropic thin shell, clamped on a part of its boundary and loaded by a resultant on its middle surface. We use the two discretizations mentioned above and the preconditioned conjugate gradient method as iterative method. The parallelization concept is based on a non-overlap..

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XXIII, 313 p. 100 illus.online resource

Thermochemical energy storage based on the reversible reaction of metal oxides

The application of thermal energy storage (TES) technologies enables dispatchable generation of solar thermal power and is crucial to improve the energy efficiency of industrial processes. Using the reaction enthalpy of reversible gas-solid reactions to store thermal energy represents a promising concept, allowing high energy densities, long term energy storage with minimal losses and a facile separation of the reactants. Specifically for the high-temperature range between 500°C up to 1100°C, multivalent metal oxides constitute promising storage materials for thermal energy storage. Those materials offer process technological advantages compared to other thermochemical storage materials, as ambient air can be used as sink and source of the reactant oxygen during the reduction and oxidation (REDOX) reactions. Accordingly, oxygen does not need to be stored in this open loop process. A lab-scale storage test rig with a packed bed storage reactor was set up to study the reversible reaction of metal oxides for thermochemical energy storage. This paper reports on the thermal reduction (storage charging) and oxidation reaction (storage discharging) of manganese oxide in a packed bed storage reactor. The concept uses air as a heat transfer fluid which is in direct contact with the solid storage material. Reaction progress and conversion of the manganese oxide redox reactions was determined by means of the measured oxygen concentration at the outlet of the reactor and temperature sensors within the bed, as well as gas inlet and outlet temperatures. We discuss in this paper the completeness of the conversion and duration of the reaction. Also, the thermal characteristics of the oxidation and reduction process are compared. The feasibility of the storage concept to store thermal energy in a metal oxide storage reactor using air as the heat transfer fluid and carrier of the reactant oxygen is demonstrated

Processes with double diffusive instabilities studied in microgravity

ESA-SP 433info:eu-repo/semantics/publishe

Double diffusive instabilities and microgravity

info:eu-repo/semantics/publishe

Erneuerbare Energien im Wärmesektor : Aufgaben, Empfehlungen und Perspektiven : Positionspapier

Die Energiewende ist bislang stark stromfokussiert, obwohl sie nur als Strom-, Wärme- und Mobilitätswende erfolgreich sein kann. Trotz großer Potenziale im Bereich Effizienz und erneuerbare Energien weist die Wärmewende in den letzten Jahren kaum Fortschritte auf. Im Jahr 2014 hatten die erneuerbaren Energien in Deutschland einen Anteil von 10,9 % an der gesamten Wärmeversorgung im Gegensatz zu 26,2 % an der Brutto-Stromversorgung. Allerdings ist die Energiewende im Wärmesektor auch wesentlich schwieriger umsetzbar als im Stromsektor. Denn in Bezug auf Technologien, Marktstrukturen, Akteursvielfalt und Kostenstrukturen weist der Wärmesektor eine deutlich größere Heterogenität als der Stromsektor auf, was die Umsetzung einer effizienten Politik erschwert. Mittlerweile liegen umfangreiche Praxiserfahrungen mit Politikinstrumenten im Wärmesektor vor, so dass die Umsetzung einer erfolgreichen Wärmewende mit einer adäquaten, berechenbaren, konsistenten und konsequenten Politik möglich ist. Im Interesse einer erfolgreichen Umsetzung der Energiewende plädiert der FVEE für eine deutliche Stärkung des Wärmesektors in der Energiepolitik und die Umsetzung einer entschiedenen und langfristig angelegten Politik der Wärmewende, die den besonderen Anforderungen des Wärmesektors gerecht wird. Diese muss auf einer fundierten Analyse aufbauen und den spezifischen Bedingungen im Wärmesektor gerecht werden. Als Beitrag zu einer fundierten Diskussion über adäquate Politikinstrumente in der Wärmewende hat der FVEE mit seinen Mitgliedsinstituten das vorliegende Positionspapier erstellt. Dieses gibt einen umfassenden Überblick über die Herausforderungen und Handlungsoptionen im Wärmesektor und bietet damit eine wichtige Orientierung. Das Papier dient zur Standortbestimmung, kann aber fundierte Studien nicht ersetzen, die für ein vertieftes Verständnis dringend erforderlich sind. Das FVEE-Positionspapier stellt die möglichen Lösungsansätze im Wärmemarkt vor und beschreibt die Rolle der wichtigsten Technologien, die für eine nachhaltige Wärmeversorgung erforderlich sind: Solarthermie, Biomasse, Wärmepumpen und Tiefengeothermie. Auch die Kälteversorgung mit erneuerbaren Energien wird diskutiert. Weiter geht das Papier auf die Herausforderungen in der Systemintegration und die Systemtechnologien ein: Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), Wärmespeicher, Heizen mit EE-Strom sowie Wärmenetze und kommunale Wärmepläne. Unter Berücksichtigung der Entwicklungspotenziale dieser Technologien liefert das Papier Empfehlungen für die Wärmewende. Eine erfolgreiche Wärmewende muss insbesondere den spezifischen Bedingungen des Wärmemarktes gerecht werden. Dieser ist geprägt von einer großen Heterogenität und hohen Komplexität, was Eigentümer und Betreiber, Heiztechnologien und Anlagengrößen,- felder angeht. Dabei ist seine künftige Entwicklung stark von externen Faktoren abhängig, beispielsweise der Entwicklung fossiler Energiepreise, den Entwicklungen im Stromsektor (Power to heat) und den Fortschritten bei der Gebäudeeffizienz. Eine große Herausforderung stellt auch die Infrastrukturfrage dar, denn im Gegensatz zum Stromsektor sind verschiedene Infrastrukturlösungen möglich, beispielsweise eine dezentrale Beheizung mit Biogas (Gasnetz), Wärmepumpen (Stromnetz) oder Holz kombiniert mit Solarwärme sowie eine zentrale Wärmeversorgung mit Kraft-Wärme-Kopplung (Nahwärmenetze). Aufgrund der fehlenden Sicherheit künftiger Entwicklungen sind Infrastrukturentscheidungen im Wärmesektor mit einem hohen Investitionsrisiko behaftet. Weiter erschweren die starken saisonalen Wärmebedarfsschwankungen eine verstärkte Nutzung von Strom im Wärmesektor