Ulf Christian Müller (TA)
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Aerodynamische Optimierung der Aussenhülle eines Hyperloop-Pods
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- Titel
- Aerodynamische Optimierung der Aussenhülle eines Hyperloop-Pods
- Autor/in
- Datierung
- 01.01.2023
- Beschreibung
- Das Ziel der vorliegenden Arbeit besteht in der Erfassung und Analyse von strömungsmechanischen
Grössen, welche die Widerstandscharakteristik eines Hyperloop-Pod in Abhängigkeit der Einsatz- und
Betriebsparameter aus aerodynamischer Sicht beeinflussen können. Basierend auf einer bestehenden
Pod-Geometrie werden die Zusammenhänge zwischen der Pod-Hülle, dem Umgebungsdruck, der
Fahrgeschwidigkeit und den Dimensionen der Transportröhre mittels CFD-Simulationen ermittelt. Die
gewonnenen Informationen fliessen in Zusammenarbeit mit dem Verein Swissloop, welcher einer
studentischen Initiative der ETH Zürich entsprang, in die Konstruktion einer neuen Pod-Hülle ein.
Unter der Berücksichtigung des Pflichtenheftes aus dem Swissloop-Projekt, soll diese mittels 3-D CFD
weiter optimiert werden.
Die Parameterstudie kommt zum Schluss, dass die Widerstandscharakteristik eines Pods massgeblich
von dessen Querschnittsfläche im Verhältnis zur Querschnittsflläche der leeren Transportröhre
beeinflusst wird. Je nach Fahrtgeschwindigkeiten entstehen bei der Umströmung des Pod
Überschallgeschwindigkeiten, welche weitere widerstandserhöhenden Phänomene mit sich bringen.
Für eine Hyperloop-Anwendeung verschärft sich diese Problematik aufgrund von abgesenkten
Umgebungsdrücken weiter.
Für den Pod von Swissloop konnte eine wesentliche Reduktion von erforderlicher Antriebsleistung
und maximaler Querschnittsfläche erreicht werden. Die Reduktion der Widerstandscharakteristik ist
damit gelungen, lässt jedoch bei konstant hohem Widerstandsbeiwert noch Raum für
Verbesserungen.
The objective of the present work is to collect and analyze fluid mechanical quantities that can
influence the drag characteristics of a Hyperloop Pod depending on the deployment and operational
parameters from an aerodynamic point of view. Based on an existing pod geometry, the relationships
between the pod envelope, the ambient pressure, the speed and the dimensions of the transport
tube are determined using CFD simulations. The information gained will be used to design a new pod
envelope in collaboration with the Swissloop association, which originated from a student initiative at
ETHZ. Taking into account the specifications from the Swissloop project, the envelope is to be further
optimized using 3-D CFD.
The parameter study concludes that the drag characteristics of a pod are significantly influenced by
its cross-sectional area in relation to the cross-sectional area of the empty transport tube. Depending
on the travel speeds, supersonic velocities are generated as the pod flows around it, which introduce
further drag-increasing phenomena. For a hyperloop application, this problem is further exacerbated
due to lowered ambient pressures.
For the Swissloop pod, a significant reduction in required propulsion power and maximum crosssectional
area was achieved. The reduction of the resistance characteristic has thus been successful,
but still leaves room for improvement with a constant high drag coefficient.
- Das Ziel der vorliegenden Arbeit besteht in der Erfassung und Analyse von strömungsmechanischen
- Urheberrechtshinweis
- Meier Nico, Hochschule Luzern -+ Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 23.05.2023
- Übergeordnete Sets
- 1
KI-basierte Reglerauslegung – Reinforcement Learning für dynamische Systeme
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- Titel
- KI-basierte Reglerauslegung – Reinforcement Learning für dynamische Systeme
- Autor/in
- Datierung
- 10.06.2022
- Beschreibung
- Das Ziel der vorliegenden Bachlorarbeit war es, erste Erfahrungen mit Reinforcement Learning und der
Kopplung mit Modelica Systemmodellen zu machen. Dazu wurde ein Showcase erstellt, welcher die
Regelung eines Systems selbstständig mithilfe eines Systemmodells erlernen soll. Das Ergebnis wurde
evaluiert und erste Erkenntnisse dokumentiert. Die vorliegende Arbeit gibt ausserdem einen fundamentalen
Überblick zur Thematik und verschafft das nötige theoretische Grundwissen. Somit soll die Arbeit den
Einstieg für weitere Untersuchungen und Versuche erleichtern.
The aim of this bachelor thesis was to gain first experiences with reinforcement learning and the coupling
with Modelica system models. For this purpose, a showcase was created, which should learn self-sufficient
how to control a system with the help of a system model. The result was evaluated and first cognizance were
documented. The present work also gives a fundamental overview of the topic and provides the necessary
theoretical knowledge. Thus, the work should facilitate the entry for further investigations and tests.
- Das Ziel der vorliegenden Bachlorarbeit war es, erste Erfahrungen mit Reinforcement Learning und der
- Urheberrechtshinweis
- Arnold Tim, Hochschule Luzern Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 30.11.2022
- Übergeordnete Sets
- 1
Validierung der a-Wert Formel für Wärmeübertragerkennlinien durch Experimente
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- Titel
- Validierung der a-Wert Formel für Wärmeübertragerkennlinien durch Experimente
- Autor/in
- Datierung
- 08.06.2020
- Beschreibung
- Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der experimentellen Validierung der a-Wert Methode am NODES-Prüfstand. Der sogenannte a-Wert wird in der Gebäudetechnik verwendet, um die grafische Darstellung der Wärmeübertragerkennlinie, welche unter anderem zur optimalen Dimensionierung des Regulierventils benötigt wird, zu vereinfachen. Der a-Wert kann unter gewissen Bedingungen mathematisch hergeleitet werden, für die anderen Fälle wurde ein empirischer Korrekturfaktor eingeführt, jedoch ist aus der Literatur nicht ganz ersichtlich, wie dieser Faktor bestimmt wurde. Aus diesem Grund wurde zuvor ein Simulationsmodell in Modelica entwickelt, welches im Rahmen dieser Arbeit anhand von experimentellen Daten an einem Plattenwärmeübertrager validiert wurde. Diese Versuche wurden am NODES-Prüfstand vom Zentrum für integrale Gebäudetechnik (ZIG) an der Hochschule Luzern in Horw durchgeführt. Dazu wurden die zwei nicht mathematisch herleitbaren Fälle, Mengenregelung Vorwärmer und Mengenregelung Nachwärmer im Detail analysiert. Das Ergebnis dieser Arbeit bestätigt, dass das Modell die reale Wärmeübertragerkennlinie besser abbilden kann als die einfache a-Wert-Formel. Der f- Faktor scheint jedoch keine Konstante zu sein und wurde mit dem validierten Simulationsmodell näher für den Fall des Nachwärmers untersucht. Daraus folgt, dass der f-Korrekturfaktor in einem gewissen Bereich in Abhängigkeit vom a-Wert (berechnet ohne Korrekturfaktor) ist. Es wird vorgeschlagen, die Simulation auf die Wasser/Luft-Wärmeübertragung auszuweiten.
This bachelor thesis deals with the experimental validation of the “a-value method” on the NODES-Laboratory. The so-called “a-value” is used in building technology to simplify the graphical representation of the heat transfer characteristic, which is required, among other things, for the optimal dimensioning of the control valve. The a-value can be derived mathematically under certain conditions; an empirical correction factor f was introduced for the other cases, but it is not entirely clear from literature how this factor was determined. For this reason, a simulation model was previously developed in Modelica, which was validated as part of this thesis using experimental data on a plate heat exchanger. These tests were carried out on the NODES-Laboratory at the Center for Integral Building Technology (ZIG) at the Lucerne University of Applied Sciences in Horw. For this purpose, the two cases that cannot be derived mathematically, the volume-controlled hydraulic circuit with a preheater and the volume-controlled hydraulic circuit with a reheater were analyzed in detail. The result of this thesis confirms that the model can depict the real heat transfer characteristic better than the simple a-value method. However, the f factor does not appear to be a constant and was examined in more detail for the case of the reheater using the validated simulation model. It follows that the f factor is in a certain range depending on the a-value (calculated without the f factor). It is proposed to extend the simulation to water/air heat transfer.
- Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der experimentellen Validierung der a-Wert Methode am NODES-Prüfstand. Der sogenannte a-Wert wird in der Gebäudetechnik verwendet, um die grafische Darstellung der Wärmeübertragerkennlinie, welche unter anderem zur optimalen Dimensionierung des Regulierventils benötigt wird, zu vereinfachen. Der a-Wert kann unter gewissen Bedingungen mathematisch hergeleitet werden, für die anderen Fälle wurde ein empirischer Korrekturfaktor eingeführt, jedoch ist aus der Literatur nicht ganz ersichtlich, wie dieser Faktor bestimmt wurde. Aus diesem Grund wurde zuvor ein Simulationsmodell in Modelica entwickelt, welches im Rahmen dieser Arbeit anhand von experimentellen Daten an einem Plattenwärmeübertrager validiert wurde. Diese Versuche wurden am NODES-Prüfstand vom Zentrum für integrale Gebäudetechnik (ZIG) an der Hochschule Luzern in Horw durchgeführt. Dazu wurden die zwei nicht mathematisch herleitbaren Fälle, Mengenregelung Vorwärmer und Mengenregelung Nachwärmer im Detail analysiert. Das Ergebnis dieser Arbeit bestätigt, dass das Modell die reale Wärmeübertragerkennlinie besser abbilden kann als die einfache a-Wert-Formel. Der f- Faktor scheint jedoch keine Konstante zu sein und wurde mit dem validierten Simulationsmodell näher für den Fall des Nachwärmers untersucht. Daraus folgt, dass der f-Korrekturfaktor in einem gewissen Bereich in Abhängigkeit vom a-Wert (berechnet ohne Korrekturfaktor) ist. Es wird vorgeschlagen, die Simulation auf die Wasser/Luft-Wärmeübertragung auszuweiten.
- Urheberrechtshinweis
- Hehnen Larissa, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 02.12.2020
- Übergeordnete Sets
- 1
Dynamisches Modell eines Expansionsventils
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Author that can easily go onto 2 lines as well
- Titel
- Dynamisches Modell eines Expansionsventils
- Autor/in
- Datierung
- 04.01.2019
- Beschreibung
- Die Schweiz steht, aufgrund der derzeitigen politischen und technologischen globalen Entwicklungen
auf den Energiemärkten, vor Veränderungen. Von den in der Schweiz jährlich verbrauchten
229 Terrawattstunden Energie entfallen 61 Terrawattstunden auf die Haushalte [1]. Ein Grossteil
dieses Verbrauches ist auf Anwendungen zurückzuführen, die nach dem Prinzip des links- oder
rechtslaufenden Kreisprozesses funktionieren. Konkret handelt es sich dabei um Wärmepumpen
und Kältemaschinen. Die Anzahl Wärmepumpen wird in naher Zukunft mit grosser Wahrscheinlichkeit
steigen, da für die Gebäudeklimatisierung vermehrt auf Wärmepumpen gesetzt wird. Es
liegt im Interesse von Hersteller und Endverbraucher, dass diese Maschinen so effizient wie möglich
zu betreiben sind. Um dies zu ermöglichen, müssen die einzelnen Komponenten im ersten Schritt
untersucht und in einem weiteren Schritt optimiert werden. Eine solche Komponente in einem
linkslaufenden Kreisprozess ist das Expansionsorgan. In dieser Arbeit wird ein Kapillarrohr, das als
Expansionsorgan eingesetzt wird, betrachtet. Es entstanden zwei physikalische Simulationsmodelle
mit der Modellierungssprache Modelica. Bei einem Modell handelt es sich um ein nulldimensionales
Korrelationsmodell, dass die Zustände nicht physikalisch, sondern mit aus Messpunkten ermittelten
Parameter berechnet. Das zweite Modell ist ein eindimensionales Finite-Volumen Modell. In
diesem werden für jedes Kontrollvolumen die Massen-, Impuls- und Energieerhaltungsgleichungen
aufgestellt und gelöst. Beide Modelle wurden mit Messdaten aus der Literatur validiert. Für
eine Verwendung der Modelle gibt es einige Punkte zu beachten. Als Arbeitsmedium kann nur
R600a (Isobutan) verwendet werden. Weiter rechnet das eindimensionale Modell sämtliche Strömungen
nicht gesperrt. Auch werden die Wärmeströme über die Aussenwand vernachlässigt. Für
eine Implementierung in ein Gesamtsystem sollten diese Punkte weiter untersucht und im Modell
berücksichtigt werden.
Due to the current political and technological developments on the global energy markets, Switzerland
is facing changes. Of the 229 terawatt hours of energy consumed annually in Switzerland, 61
terawatt hours are accounted for by households [1]. A large part of this consumption is attributable
to applications that are functioning according to the principle of thermodynamic cycles. Specifically,
these are heat pumps and refrigerators. The number of heat pumps is likely to increase soon,
as heat pumps are increasingly being used for air conditioning in buildings. It is in the interest of
manufacturers and consumers that these machines are operated as efficiently as possible. To make
this feasible, the individual components must first be examined and then optimised. One such component
in a refrigerator is the expansion device. In this thesis, a capillary tube is considered which
is used as an expansion device. Two physical simulation models were developed with the modelling
language Modelica. One model is a zero-dimensional correlation model, which does not calculate
the states physically, but with parameters determined from empirical data. The second model is
a one-dimensional finite-volume model. In this model, the conservation of mass, momentum and
energy is established and equations are solved for each control volume. Both models were validated
with empirical data from literature. There are some points to consider when using the models.
Only R600a (isobutane) can be used as working medium. Further the one-dimensional model calculates
all flows as non-choked flows. The heat flows over the outer wall are also neglected. For a
successful implementation into a refrigeration system, these points should be further investigated
and considered in the model.
- Die Schweiz steht, aufgrund der derzeitigen politischen und technologischen globalen Entwicklungen
- Urheberrechtshinweis
- Achermann Sandro, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 02.09.2019
- Übergeordnete Sets
- 1