This diploma thesis deals with the choice of the most suitable composition of a ceramic shell mold for aluminum castings made by investment casting technology. The most suitable composition of the ceramic shells is chosen based on the results of the tests and from economic point of view. This thesis also deals with evaluation of the current conditions of the production of ceramic shells in Alucast, s.r.o and recommendations for stabilizing the process of manufacturing ceramic shell molds.

Diploma thesis is focused to the optimization of the ceramic shell for pouring thin walled aluminium castings by investment casting technology. The main objective is firstly to find the optimal binding system (ceramic slurry) and stucco materials for the shell and secondly its optimal structure and heat treatment (drying of each coat and final shell firing) before metal pouring.

Composite materials formed from two or more functionally different materials offer a versatile avenue to create a tailored material with well defined traits. Within this dissertation research, multi-functional composites were synthesized based on organic and inorganic materials. The functionally of these composites was experimentally tested and a semi-empirical model describing the sedimentation behavior of these particles was developed. This first objective involved the fabrication of microcomposites consisting of titanium dioxide (TiO2) nanoparticles confined within porous, microgels of a thermo-responsive polymer for use in the photocatalytic treatment of wastewater. TiO2 has been shown to be an excellent photocatalyst with potential applications in advanced oxidative processes such as wastewater remediation. Upon UV irradiation, short-lived electron-hole pairs are generated, which produce oxidative species that degrade simple organic contaminants. The rapid sedimentation of these microcomposites provided an easy gravimetric separation after remediation. Methyl orange was used as a model organic contaminant to investigate the kinetics of photodegradation under a range of concentrations and pH conditions. Although after prolonged periods of UV irradiation (~8-13 hrs), the titania-microgels also degrade, regeneration of the microcomposites was straightforward via the addition of polymer microgels with no loss in photocatalytic activity of the reformed microcomposites. The second objective within this dissertation involved the systematic development of abrasive microcomposite particles containing well dispersed nanoparticles of ceria in an organic/inorganic hybrid polymeric particle for use in chemical mechanical polishing/planarization (CMP). A challenge in IC fabrication involves the defect-free planarization of silicon oxide films for successful multi-layer deposition. Planarization studies conducted with the microcomposites prepared in this research, yield very smooth, planar surfaces with removal rates that rival those of inorganic oxides slurries typically used in industry. The density and size of these ceria-microgel particles could be controlled by varying the temperature or composition during synthesis, leading to softer or harder polishing when desired.

In der vorliegenden Arbeit wurden experimentelle Untersuchungen zu Material begrenzenden Einflüssen beim Multidrahtsägen von Silicium unter Verwendung gerader und strukturierter Drähte durchgeführt. Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss von dünnen und strukturierten Drähten auf den Drahtsägeprozess von Silicium und die erzeugten Waferqualitäten zu untersuchen. Zusätzlich galt es, Grenzen und Potentiale für den Einsatz dieser Drähte im Sägeprozess aufzuzeigen und ein Modell zu entwickeln, das den Materialabtrag in Silicium für strukturierte Drähte beschreibt. Die in dieser Arbeit verfolgten Lösungsansätze beinhalten im ersten Teil der Arbeit die Durchführung von Sägeexperimenten mit einer Eindrahtsäge. Es wurden dünne Drähte mit Durchmesser ≤ 100 µm und zwei unterschiedliche Siliciumcarbid (SiC) Korngrößenverteilungen untersucht. Zusätzlich wurden die Normalkräfte in Vorschubrichtung variiert. Im zweiten Teil der Arbeit werden Sägeexperimente mit einer Multidrahtsäge vorgestellt. Es wurden zwei unterschiedlich strukturierte Drähte mit variierten Drahtgeschwindigkeiten und Vorschüben im Vergleich zu geradem Draht untersucht. Der industrielle Einsatz dünner Drähte im Sägeprozess zur Reduzierung des Sägeverschnitts ist derzeit auf Durchmesser von 100 µm begrenzt. Die getesteten Drähte mit geringerem Durchmesser sind nicht wirtschaftlich einsetzbar, da sie zu geringe Standzeiten aufweisen und zu einer Slurryverarmung beitragen können. Es konnte eine Slurryverarmung des Schnittspalts in Silicium beobachtet werden, die um mehrere Zentimeter in den Schnittspalt ragt und dadurch den Drahtsägeprozess negativ beeinflusst, indem Sägeriefen entstehen. Die Verschleißuntersuchungen von Sägedrähten zeigen, dass eine lineare Abnahme der Drahtdurchmesserreduzierung in Abhängigkeit der akkumulierten Eingriffslänge in Silicium auftritt. Der Prozess der Durchmesserreduzierung wird maßgeblich durch die aufgebrachte Normalkraft, welche durch die Zugfestigkeit und Härte des Drahts beeinflusst wird, die Drahtgeschwindigkeit und die verwendete Korngrößenverteilung bestimmt. Es konnte durch Sägeversuche mit Drähten unterschiedlicher Hersteller gezeigt werden, dass das beobachtete Verschleißverhalten nicht einem Drahthersteller zuordenbar ist, sondern eine globalere Gültigkeit besitzt. Der industrielle Einsatz strukturierter Drähte wirkt sich positiv auf den Sägeprozess aus. Es konnten signifikant höhere Vorschübe bei ähnlichen Kräften im Vergleich zu geraden Drähten erreicht werden. Für einen Vorschub von 0,6 mm/min sind die Kraftwerte für strukturierten Draht A im Vergleich zu geradem Draht um 40% reduziert, für Draht B um 16%. Durch die Drahtstruktur wird ein größeres Slurryvolumen durch den Schnittspalt befördert, was zu einem homogeneren Materialabtrag entlang des Schnittspalts führt. Die erhöhten Vorschübe konnten sowohl für mono- wie auch für multikristallines Siliciummaterial erreicht werden. Zusätzlich wurden homogenere Waferdicken durch den Einsatz strukturierter Drähte beim Sägeprozess erzeugt. Auf Basis der Ergebnisse für strukturierte Drähte wurde ein theoretisches Modell für den Materialabtrag entwickelt, welches die in dieser Arbeit durchgeführten Experimente gut beschreibt. / In the present work experimental analyses were carried out to investigate the material limiting influences in the multi wire sawing process of silicon while using thin and structured wires. The purpose of the work was to investigate influences on the wire sawing process and the resulting wafer qualities caused by thin and structured wires. Additionally, the purpose was to define the limits and potentials of thin and structured wires in industrial wire sawing processes and to develop a model which describes the material removal in silicon for structured wires. Experiments with two different SiC particle size distributions in combination with wire diameters of ≤ 100 µm and varying normal forces in feed direction were carried out in the first part of this work with a single wire saw. Experiments with two differently structured wires and variation of the wire speed and feed rate are shown in the second part using a multi wire saw. The actual limit for industrial sawing applications to reduce kerf loss is reached for 100 µm thin wire diameters. The tested lower wire diameters are uneconomical due to shorter durability and to aggravate slurry depletion effects. Such a depletion effect of several centimeters length which is detrimental for the wire sawing process was observed at the end of a sawing channel. The results of the experiments showed that the steel wire diameter is reduced linearly with the accumulated sawn length of silicon. The material removal process of the steel wire is significantly influenced by the normal force in feed direction and the hardness of the wire. The experiments with wires of different suppliers showed no difference in the material removal process. Therefore the abrasive wear of wires has a more global validation. The results of the experiments using differently structured wires showed that significantly lower forces in feed direction occur for a given feed rate in comparison to straight wires. The forces are reduced up to 40% for structured wire A and up to 16% for wire B for a feed rate of 0,6 mm/min. A higher slurry volume is transported due to the structure of the wire which enables a more homogeneous material removal process along the cutting channel. Higher feed rates were reached for mono- and multi crystalline silicon material. Additionally, more homogeneous wafer thicknesses were cut using structured wires.

Västlänken i Göteborg är ett tunnelprojekt för järnväg som skall byggas under centrala Göteborg. Tunneln byggs genom både berg och lera, projektet kommer att använda sig av ett flertal tekniker och konstruktionslösningar. Västlänken är ett av de första stora infrastrukturprojekt i Sverige där slitsmurar används som permanenta konstruktioner. På uppdrag av Trafikverket har två olika typer av stödmurskonstruktioner undersökts med avseende på deras klimatpåverkan. Konstruktionslösningarna är en temporär spont med tillhörande tunnelvägg och en slitsmur. Slitsmuren används både som en temporär konstruktion under byggskedet och en del i den permanenta tunnelväggen. Slitsmurar har först nyligen blivit godkända att användas som delar av permanenta konstruktioner av Trafikverket. Av denna anledning finns det inte mycket information om konstruktionens klimatpåverkan. Syftet med rapporten är att undersöka klimatpåverkan från de två olika konstruktionslösningarna. Jämförelsen har gjorts med hjälp av livscykelanalyser för att få den mest övergripande analysen. En livscykelanalys (LCA) är ett verktyg för att synliggöra en produkts totala miljöpåverkan under dess livstid. Detta åstadkoms genom att alla de olika delprocesser som krävs för att skapa produkten inventeras och analyseras. LCA har utförts med datorprogrammet SimaPro och databasen Ecoinvent. I SimaPro har båda konstruktionslösningarna modellerats och deras miljöpåverkan sedan beräknats med ReCiPe 2016. Indata till LCA har samlats in från ritningar och diskussioner med experter på området. Resultatet från livscykelanalysen visar att slitsmurarna i detta projekt har större klimatpåverkan än konstruktionslösningen med spont och en platsgjuten betongmur. För slitsmuren står armering samt betong för den största delen av klimatpåverkan och för sponten är det den stora mängden stål som krävs vid de kraftiga dimensionerna. Då en del av konstruktionerna inom projektet ej var färdigprojekterad när denna rapport författades rekommenderas ytterligare studier på ämnet för att validera resultaten / The West Link Project is as tunnel project for the railroad that will be constructed below central Gothenburg. The project is built through clay and solid rock thus making use of several techniques and structural solutions. The West Link Project (Västlänken) is the first major infrastructure project in Sweden where diaphragm walls are used as a part of the permanent structure. Two different structures have been examined on behalf of the Swedish Transport Administration, with regards to their climatic impact. The two structures examined are a temporary sheet pile with a cast-in-place concrete wall that is used as a part of the tunnel wall, and a diaphragm wall. The diaphragm wall is used as an earth retaining wall during the construction stage and as a part of the permanent tunnel wall. Diaphragm walls have just recently been approved as parts of permanent structures by the Swedish Transport Administration. Due to this there isn’t a lot of information available on their climatic impact. The purpose of this paper is to examine the climatic impact of these two different structures. The comparison has been performed by the use of a lifecycle analysis to get the most comprehensive analysis. A lifecycle analysis (LCA) is a tool that helps to get a perspective on a product’s total environmental impact over the course of its lifetime. This is accomplished by doing an inventory of all the different processes involved in its production. For the LCA the computer program SimaPro, and the database Ecoinvent were used. In SimaPro both of the structure have been modelled and their environmental impact has been calculated with ReCiPe 2016.Input for the LCA have been gathered from drawings and communication with experts. The result of the LCA shows that in this project the diaphragm walls have a higher climatic impact than the sheet pile and concrete wall. With regards to the diaphragm wall the majority of its climatic impact is from the large amounts of reinforcement and concrete used. For the sheet pile the steel used to manufacture sheets of the dimensions used in the project is the largest contributing factor. Due to the fact that some of the structures in the project are still being at the design stage at the time of writing further studies are recommended to validate the results.

A relatively new method used to reduce the amount of cement-treated base (CTB) shrinkage cracking is microcracking of the CTB shortly after construction. Three portable instruments used in this study for monitoring the microcracking process include the heavy Clegg impact soil tester (CIST), portable falling-weight deflectometer (PFWD), and soil stiffness gauge (SSG). The specific objectives of this research were 1) to evaluate the sensitivity of each of the three portable instruments to microcracking, and 2) to compare measurements of CTB stiffness reduction obtained using the three devices. The test locations included in this study were Redwood Drive and Dale Avenue in Salt Lake City, Utah; 300 South in Spanish Fork, Utah; and a private access road in Wyoming. Experimental testing in the field consisted of randomized stationing at each site; sampling the CTB immediately after the cement was mixed into the reclaimed base material; compacting specimens for laboratory testing; and testing the CTB immediately after construction, immediately before microcracking, immediately after each pass of the vibratory roller during the microcracking process, and, in some instances, three days after microcracking. Several linear regression analyses were performed after data were collected using the CIST, PFWD, and SSG during the microcracking process to meet the objectives of this research. Results from the statistical analyses designed to evaluate the sensitivity of each of the three portable instruments to microcracking indicate that the PFWD and SSG are sensitive to microcracking, while the CIST is insensitive to microcracking. Results from the statistical analyses designed to compare measurements of CTB stiffness reduction demonstrate that neither of the instrument correlations involving the CIST are statistically significant. Only the correlation between the PFWD and SSG was shown to be statistically significant. Given the results of this research, engineers and contractors should utilize the PFWD or SSG for monitoring microcracking of CTB layers. The heavy CIST is unsuitable for monitoring microcracking and should not be used. For deriving target CTB stiffness reductions measured using either the PFWD or SSG from specified targets measured using the other, engineers and contractors should utilize the correlation chart developed in this research.

Carbon dioxide hydrates were synthesized in a 0.10m I.D. and 1.22m tall bubble column equipped with a cooling jacket for heat removal. Visual observations at different driving forces (pressures between 2.75 and 3.60 MPa and temperatures between 0 and 8ºC) were recorded with a digital camera through a sight glass of 118.8 by 15.6 mm. The superficial gas velocity was varied from 20 to 50 mm/s to attain different levels of turbulence in the liquid. The growth rate was found to be dependent on the sequence/method used to reach the operating temperature and pressure. A greater supersaturation was obtained when the system temperature and pressure were reached with very low or no bubble-induced mixing. As a result, hydrates nucleated and grew immediately when starting the gas flow with the reactor volume being quickly filled with hydrates. Moreover, the hydrate growth rate and solution final density were higher when operating conditions partially condensed CO2 resulting in greater interphase mass transfer rates. In parallel, since hydrate formation is an exothermic process and the reaction is often limited by the rate of heat removal, heat transfer measurements were achieved in a simulated hydrate environment. The instantaneous heat transfer coefficient and related statistics gave insight on the role of bubbles on heat transfer and hydrodynamics.

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Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Thematik des hydraulischen Feststofftransports in Druckrohrleitungen zur Bestimmung der hydraulischen Energieverluste des Wasser-Feststoff-Gemisches und der wirtschaftlichen Gemischgeschwindigkeit (der s.g. kritischen Geschwindigkeit) vcrit. Zu diesem Zweck wurde der Transportvorgang in verschiedenen Rohrkonfigurationen (horizontal, schräg und z. T. vertikal) an einem physikalischen Modell im Hubert-Engels-Labor des Instituts für Wasserbau und Technische Hydromechanik der Technischen Universität Dresden untersucht. Dabei kamen drei Sandfraktionen zum Einsatz (0,1 - 0,5 mm; 0,71 - 1,25 mm und 1,4 - 2,2 mm). Die Partikel weisen eine Dichte von ρF=2650 kg/m³ auf. Ziel der Untersuchungen war, mithilfe der Messdaten eine Formel zur Berechnung des Verlustanteils der dispersen Phase an dem gesamten Energieverlust besonders für das heterogene und das quasi-homogene Transportregime in Abhängigkeit von den Einflussgrößen (Dichte, Konzentration, Partikeldurchmesser etc.) abzuleiten. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit war, die kritische Gemischgeschwindigkeit genauer zu betrachten und einen entsprechenden Rechenansatz aufzustellen. Diese Geschwindigkeit stellt den Übergang von dem Transport mit beweglicher Sohle zum heterogenen Feststofftransport dar. Nach Abschluss der physikalischen Versuche wurde der Feststofftransport mit der Software ANSYS-Fluent numerisch untersucht. Im Fokus der Modellierung stand die Festsetzung der Wandrandbedingung für die disperse Phase, mit Hilfen derer die physikalisch gemessenen Energieverluste erreicht werden konnten. Die Simulationen wurden mit dem Euler-Granular-Modell durchgeführt. Hierbei wird der Feststoff als zweites Kontinuum betrachtet und seine rheologischen Eigenschaften wurden durch die Erweiterung der kinetischen Theorie der Gase auf die disperse Phase (eng. kinetic theory of granular flow KTGF) berechnet. Das angewendete zwei-Fluid-Modell (TFM) eignet sich sehr gut für alle möglichen vorkommenden Feststoffkonzentrationen und liefert gute Übereinstimmung mit den Messergebnissen im Gegensatz zu dem Euler-Lagrange-Modell (DPM), welches lediglich bei niedrigen Feststoffkonzentrationen Anwendung findet.:Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Symbolverzeichnis Indexverzeichnis 1 Einleitung und Zielsetzung 2 Grundlagen des hydraulischen Feststofftransports in Rohrleitungen 2.1 Das Energiegesetz 2.2 Feststofftransport in Rohrleitungen 2.3 Partikeleigenschaften 2.4 Typisierung der Partikelbewegung mit der Strömung 2.5 Einfluss der Turbulenz auf die Partikelbewegung in horizontaler Rohrleitung 2.6 Transportzustände in horizontaler Rohrleitung 2.7 Transportzustände in vertikaler Rohrleitung 2.8 Stopfgrenze 2.9 Kräftebilanz an einem Feststoffpartikel 2.10 Dimensionsanalyse 2.10.1 Auflistung der Einflussgrößen 2.10.2 Anzahl der dimensionslosen π-Parameter 2.10.3 Auswahl der Hauptvariablen 2.10.4 Ermittlung der π-Parameter 2.10.5 Form des funktionellen Zusammenhangs 3 Bemessungsansätze des hydraulischen Transports 3.1 Stand des Wissens 3.1.1 Feststofftransport in horizontaler Rohrleitung 3.1.2 Feststofftransport in geneigter Rohrleitung 3.1.3 Feststofftransport in vertikaler Rohrleitung 3.1.4 Die kritische Gemischgeschwindigkeit in horizontaler Rohrleitung 3.1.5 Die kritische Gemischgeschwindigkeit in geneigter Rohrleitung 3.1.6 Weitere Rechenmodelle 3.2 Erweiterung des Energiegesetzes auf Gemischströmung 3.2.1 In horizontaler Rohrleitung 3.2.2 In geneigter Rohrleitung 3.2.3 In vertikaler Rohrleitung 4 Experimentelle Untersuchungen 4.1 Aufbau der ersten Versuchsanlage 4.2 Messtechnik 4.3 Umbau der Versuchsanlage 4.4 Untersuchungsmaterial 4.5 Experimentelles Verfahren 5 Numerische Simulationen mit ANSYS-Fluent 5.1 Grundlagen der Mehrphasenströmungen 5.2 Auswahl des numerischen Modells 5.3 Das Granular-Euler-Modell 5.3.1 Die Erhaltungsgleichung 5.3.2 Die kinetische Theorie der dispersen Phase 5.4 Modellvalidierung 6 Vorstellung der Untersuchungsergebnisse 6.1 Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen in horizontaler Leitung 6.1.1 Experimentelle Untersuchungen zum Energieverlust 6.1.2 Experimentelle Untersuchung zu der kritischen Geschwindigkeit 6.2 Ergebnisse der hydronumerischen Untersuchungen in horizontaler Rohrleitung 6.2.1 Randbedingungen 6.2.2 Numerische Lösung und Konvergenz 6.2.3 Parameteranalyse anhand eigener Versuche 6.2.4 Numerische Untersuchungen zur Wechselwirkung zwischen den hydraulischen Kenngrößen 6.3 Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen in vertikaler Leitung 6.4 Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen in geneigter Rohrleitung 6.4.1 Experimentelle Untersuchungen zum Energieverlust 6.4.2 Experimentelle Untersuchung zu der kritischen Gemischgeschwindigkeit 6.5 Ergebnisse der numerischen Untersuchungen in geneigter Rohrleitung 7 Fehleranalyse und weitere Betrachtungen 7.1 Degradierung des Feststoffes 7.2 Die Abnutzung der Pumpe 7.3 Abrieb und Durchbruch der Rohrleitungen 7.4 Die Instabilität des Systems bei geringen Geschwindigkeiten 7.5 Messabweichung des Durchflussmessers 7.6 Fehlerquelle bei der Untersuchung der kritischen Gemischgeschwindigkeit 7.7 Fortbewegung der Feststoffe bei Geschwindigkeiten unterhalb vcrit 7.8 Einfluss der Transportkonzentration auf den Arbeitspunkt der Pumpe 8 Zusammenfassung Literaturverzeichnis Anhang / The present work deals with the hydraulic transport characteristics of sand-water mixtures in pipelines to determine hydraulic gradients and the deposition-limit velocity (critical velocity). For this purpose, the transport process in various pipe configurations (horizontal, inclined and vertical) was investigated on a physical model at the Hubert Engels Laboratory of the Institute of Hydraulic Engineering and Technical Hydromechanics of the Technical University of Dresden. Three sand fractions were used (0.1 - 0.5 mm, 0.71 - 1.25 mm and 1.4 - 2.2 mm) with particles density of ρF = 2650 kg/m³. The aim of the investigations was to develop a model for calculating the head loss percent-age of the disperse phase in terms of total energy loss, especially for the heterogeneous and quasi-homogeneous transport regime correlating to the influence quantities (density, concentration, particle diameter, etc.). Another important aspect for this work was to consider the critical velocity and to set up a corresponding calculation approach for this parameter. The deposition-limit velocity represents the transition from sliding Bed transport to heterogeneous transport. In the next step, the solids transport process was investigated numerical with ANSYS-Fluent. The focus of the modeling was the determination of the wall boundary condition for the disperse phase, with help of which the physically measured energy losses could be re-stored. The simulations were performed with the Euler Granular model. Here, the solid is considered to be the second continuum, and its rheological properties were calculated by expanding the kinetic theory of gases to disperse phase (KTGF).:Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Symbolverzeichnis Indexverzeichnis 1 Einleitung und Zielsetzung 2 Grundlagen des hydraulischen Feststofftransports in Rohrleitungen 2.1 Das Energiegesetz 2.2 Feststofftransport in Rohrleitungen 2.3 Partikeleigenschaften 2.4 Typisierung der Partikelbewegung mit der Strömung 2.5 Einfluss der Turbulenz auf die Partikelbewegung in horizontaler Rohrleitung 2.6 Transportzustände in horizontaler Rohrleitung 2.7 Transportzustände in vertikaler Rohrleitung 2.8 Stopfgrenze 2.9 Kräftebilanz an einem Feststoffpartikel 2.10 Dimensionsanalyse 2.10.1 Auflistung der Einflussgrößen 2.10.2 Anzahl der dimensionslosen π-Parameter 2.10.3 Auswahl der Hauptvariablen 2.10.4 Ermittlung der π-Parameter 2.10.5 Form des funktionellen Zusammenhangs 3 Bemessungsansätze des hydraulischen Transports 3.1 Stand des Wissens 3.1.1 Feststofftransport in horizontaler Rohrleitung 3.1.2 Feststofftransport in geneigter Rohrleitung 3.1.3 Feststofftransport in vertikaler Rohrleitung 3.1.4 Die kritische Gemischgeschwindigkeit in horizontaler Rohrleitung 3.1.5 Die kritische Gemischgeschwindigkeit in geneigter Rohrleitung 3.1.6 Weitere Rechenmodelle 3.2 Erweiterung des Energiegesetzes auf Gemischströmung 3.2.1 In horizontaler Rohrleitung 3.2.2 In geneigter Rohrleitung 3.2.3 In vertikaler Rohrleitung 4 Experimentelle Untersuchungen 4.1 Aufbau der ersten Versuchsanlage 4.2 Messtechnik 4.3 Umbau der Versuchsanlage 4.4 Untersuchungsmaterial 4.5 Experimentelles Verfahren 5 Numerische Simulationen mit ANSYS-Fluent 5.1 Grundlagen der Mehrphasenströmungen 5.2 Auswahl des numerischen Modells 5.3 Das Granular-Euler-Modell 5.3.1 Die Erhaltungsgleichung 5.3.2 Die kinetische Theorie der dispersen Phase 5.4 Modellvalidierung 6 Vorstellung der Untersuchungsergebnisse 6.1 Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen in horizontaler Leitung 6.1.1 Experimentelle Untersuchungen zum Energieverlust 6.1.2 Experimentelle Untersuchung zu der kritischen Geschwindigkeit 6.2 Ergebnisse der hydronumerischen Untersuchungen in horizontaler Rohrleitung 6.2.1 Randbedingungen 6.2.2 Numerische Lösung und Konvergenz 6.2.3 Parameteranalyse anhand eigener Versuche 6.2.4 Numerische Untersuchungen zur Wechselwirkung zwischen den hydraulischen Kenngrößen 6.3 Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen in vertikaler Leitung 6.4 Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen in geneigter Rohrleitung 6.4.1 Experimentelle Untersuchungen zum Energieverlust 6.4.2 Experimentelle Untersuchung zu der kritischen Gemischgeschwindigkeit 6.5 Ergebnisse der numerischen Untersuchungen in geneigter Rohrleitung 7 Fehleranalyse und weitere Betrachtungen 7.1 Degradierung des Feststoffes 7.2 Die Abnutzung der Pumpe 7.3 Abrieb und Durchbruch der Rohrleitungen 7.4 Die Instabilität des Systems bei geringen Geschwindigkeiten 7.5 Messabweichung des Durchflussmessers 7.6 Fehlerquelle bei der Untersuchung der kritischen Gemischgeschwindigkeit 7.7 Fortbewegung der Feststoffe bei Geschwindigkeiten unterhalb vcrit 7.8 Einfluss der Transportkonzentration auf den Arbeitspunkt der Pumpe 8 Zusammenfassung Literaturverzeichnis Anhang

<p dir="ltr">Feedstock variability represents a challenge in the adoption of lignocellulosic biomass for biofuels and biochemicals production, due to the differences in critical chemical and physical properties like lignin content, and water absorption respectively. Thus, difficult continuous manufacturing processes in biorefineries, hinder the transition from liquid feedstocks to renewable materials that consisting of solid particles. Modeling of flow properties based on rheological measurements of treated biomass is a quantitative metric for identifying if different feedstocks form pumpable slurries. Additionally, the correlation of yield stress to physical and chemical properties gives a measure that accounts for the variability in the processing design. This research models rheological properties and relates these to compositional data from different non-pretreated fractions of corn stover biomass slurries. Slurries were formed with solids concentrations of 300 g/L in a 6 hours fed-batch process using the commercial enzymes Celluclast 1.5L or Ctec-2 at 1FPU/g or 3 FPU/g of dry solids, basis to enable the liquefaction (i.e., slurry-forming) mechanism. We found that insoluble lignin content of the different fractions was related to water absorption in pellets and free water on slurries and that free water was a good indicator of the potential for a material to form slurry. Higher flowability (lower yield stress) was found at higher content of lignin, particularly for materials containing 26% lignin where yield stress was reduced to 254Pa when compared with mixtures of 14% lignin that presented yield stresses of around 4000 Pa. We show that rheology modeling linked to compositional characteristics for biomass slurries can be used to predict material flow behavior in a biorefinery to optimize and achieve high solids loadings that enhance the production of ethanol for biofuels. This insight and the ability to form high concentration slurries before pretreatment holds the potential to develop new processing strategies that could help to foster a more efficient and sustainable bio-based industry. </p>