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Zur Kühlung von Prozessströmen kommen aufgrund hoher Leistungsdichten häufig Verdunstungskühltürme zum Einsatz. Um die Übertragungsfläche für Wärme und Stoff zu vergrößern, werden in diesen Kühltürmen Struktureinbauten integriert. Die Weiterentwicklung von Kühlturmeinbauten und die Untersuchung der den Kühlprozess beeinflussenden Faktoren erfolgt empirisch, was eine Vielzahl von Versuchen notwendig macht. Eine numerische Simulation des Kühlprozesses kann diese Messungen unterstützen und so helfen eine Vielzahl an Versuchen einzusparen. Des Weiteren können bei versuchsbegleitender Simulation mit einem geeigneten Modell weitere Untersuchungen durchgeführt und Erkenntnisse gewonnen werden, die bei Messungen am Versuchskühlturm verborgen bleiben. In dieser Arbeit werden zwei Ansätze der numerischen Simulation eines Verdunstungskühlturms betrachtet. Es werden eine CFD-Simulation und ein vereinfachtes Modellkonzept hinsichtlich der Anwendbarkeit auf diese Problemstellung untersucht. Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit ist die methodische Entwicklung eines solchen vereinfachten mathematischen Modells. Dieses beruht auf der physikalisch deterministischen Beschreibung der im Kühlturm ablaufenden Prozesse der Wärme- und Stoffübertragung unter Berücksichtigung des Stoffverhaltens. Aufgrund der Nichtlinearität des Stoffverhaltens und der erforderlichen Inkrementierung des Berechnungsgebiets ist ein methodisches Vorgehen erforderlich, um die Erstellung der Modellgleichungen und deren Lösung überhaupt realisieren zu können. Hierfür wird auf allgemeine Methoden der gleichungsorientierten Simulation technischer Systeme zurückgegriffen. Das entwickelte Modellkonzept wird für die Modellierung und Simulation eines Versuchskühlturms angewandt. Mit den so ermittelten Messdaten wird das Modell kalibriert und validiert. Es zeigt sich, dass mit dem erstellten Modell quantitativ und qualitativ valide Ergebnisse erzielt werden können. / Due to the high power density, the cooling of process streams is often done bei evaporative cooling towers. To enlarge the exchange area for the heat and mass transfer, these cooling towers contain integrated structural fills. The future development of cooling tower fills and the research regarding the cooling process and its influencing parameters will be carried out empirically, resulting in a large number of required experiments. A numeric simulation of the cooling process can support theses measurements and reduce the vast number of needed experiments. Furthermore, with the use of test-related simulations and adapted models, it will be possible to gain knowledge and do research in areas which are omitted during regular measurements on cooling towers. In this study it is looked to two different approaches of numeric simulation of a evaporative cooling tower. There will be an examination of a CFD-Simulation and a simplified model concept regarding their respective applicability for this problem. This work is focussed on the systematic developement of such simplified mathematical models, based on the physical deterministic description of the occurring processes of heat and mass transfer in cooling towers considering the stock behaviour. Due to the non-linearity of the stock behaviour and the required incrementation of the calculation area, a systematic approach is needed to model equations and their respective solutions. For this purpose it is necessary to access general techniques of equation-based simulations of technological systems. The developed model concept will be applied for the modelation and simulation of an experimental cooling tower. The model will be calibrated and validated with data from this experimental tower. It shows, that the results from this model are qualitatively and quantitatevily valid.

Zur Kühlung von Prozessströmen kommen aufgrund hoher Leistungsdichten häufig Verdunstungskühltürme zum Einsatz. Um die Übertragungsfläche für Wärme und Stoff zu vergrößern, werden in diesen Kühltürmen Struktureinbauten integriert. Die Weiterentwicklung von Kühlturmeinbauten und die Untersuchung der den Kühlprozess beeinflussenden Faktoren erfolgt empirisch, was eine Vielzahl von Versuchen notwendig macht. Eine numerische Simulation des Kühlprozesses kann diese Messungen unterstützen und so helfen eine Vielzahl an Versuchen einzusparen. Des Weiteren können bei versuchsbegleitender Simulation mit einem geeigneten Modell weitere Untersuchungen durchgeführt und Erkenntnisse gewonnen werden, die bei Messungen am Versuchskühlturm verborgen bleiben. In dieser Arbeit werden zwei Ansätze der numerischen Simulation eines Verdunstungskühlturms betrachtet. Es werden eine CFD-Simulation und ein vereinfachtes Modellkonzept hinsichtlich der Anwendbarkeit auf diese Problemstellung untersucht. Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit ist die methodische Entwicklung eines solchen vereinfachten mathematischen Modells. Dieses beruht auf der physikalisch deterministischen Beschreibung der im Kühlturm ablaufenden Prozesse der Wärme- und Stoffübertragung unter Berücksichtigung des Stoffverhaltens. Aufgrund der Nichtlinearität des Stoffverhaltens und der erforderlichen Inkrementierung des Berechnungsgebiets ist ein methodisches Vorgehen erforderlich, um die Erstellung der Modellgleichungen und deren Lösung überhaupt realisieren zu können. Hierfür wird auf allgemeine Methoden der gleichungsorientierten Simulation technischer Systeme zurückgegriffen. Das entwickelte Modellkonzept wird für die Modellierung und Simulation eines Versuchskühlturms angewandt. Mit den so ermittelten Messdaten wird das Modell kalibriert und validiert. Es zeigt sich, dass mit dem erstellten Modell quantitativ und qualitativ valide Ergebnisse erzielt werden können. / Due to the high power density, the cooling of process streams is often done bei evaporative cooling towers. To enlarge the exchange area for the heat and mass transfer, these cooling towers contain integrated structural fills. The future development of cooling tower fills and the research regarding the cooling process and its influencing parameters will be carried out empirically, resulting in a large number of required experiments. A numeric simulation of the cooling process can support theses measurements and reduce the vast number of needed experiments. Furthermore, with the use of test-related simulations and adapted models, it will be possible to gain knowledge and do research in areas which are omitted during regular measurements on cooling towers. In this study it is looked to two different approaches of numeric simulation of a evaporative cooling tower. There will be an examination of a CFD-Simulation and a simplified model concept regarding their respective applicability for this problem. This work is focussed on the systematic developement of such simplified mathematical models, based on the physical deterministic description of the occurring processes of heat and mass transfer in cooling towers considering the stock behaviour. Due to the non-linearity of the stock behaviour and the required incrementation of the calculation area, a systematic approach is needed to model equations and their respective solutions. For this purpose it is necessary to access general techniques of equation-based simulations of technological systems. The developed model concept will be applied for the modelation and simulation of an experimental cooling tower. The model will be calibrated and validated with data from this experimental tower. It shows, that the results from this model are qualitatively and quantitatevily valid.

Der wirtschaftliche Erfolg von Unternehmen der Mobilfunkbranche wird nicht nur durch die zuverlässige Bereitstellung von Diensten und die Entwicklung innovativer Geschäftsmodelle, sondern auch durch die Planung, Errichtung und Unterhaltung qualitativ hochwertiger und kosteneffizienter Funknetzinfrastrukturen bestimmt. Angesichts eines rasanten technischen Fortschritts, der Veränderung von Kundenansprüchen sowie der Komplexität und Langlebigkeit der Funknetze stellt dies eine enorme Herausforderung dar. Vor diesem Hintergrund wird zur Sicherstellung einer langfristigen Wirtschaftlichkeit der Infrastruktur im Rahmen der Arbeit ein aus drei miteinander verzahnten Bausteinen bestehendes Modellierungs- und Managementkonzept zur Analyse und Gestaltung der Lebenszykluskosten von Funknetzinfrastrukturen entwickelt. Den ersten Baustein repräsentieren Entscheidungsmodell(system)e, deren Bildung und Auswertung sich zur Vorbereitung von Investitionsentscheidungen bei komplexen, infrastrukturbezogenen Problemstellungen eignet. Ansätze eines lebenszyklusorientierten Target Costing für die Infrastruktur von Funknetzen als zweiter Baustein tragen zum Aufdecken von Kostensenkungspotenzialen bei und liefern Ansatzpunkte zur marktgerechten Gestaltung der Infrastruktur. Die erfolgreiche Anwendung des Konzepts unterstützen Ansätze bzw. IT-Lösungen zur Bereitstellung zeit- und sachgerechter Informationen (dritter Baustein). Schließlich wird die Anwendbarkeit des Konzepts auf praxisbezogene Fragestellungen demonstriert sowie die Transferierbarkeit der Erkenntnisse auf weitere komplexe technische Systeme, hier Werkzeugmaschinen, geprüft. / The economic success of companies in the mobile communications industry is determined not only by a reliable provision of services and by the development of innovative business models, but also by the planning, construction, operation and maintenance of high quality and cost-effective radio network infrastructures. This represents an enormous challenge in view of rapid technological progress, changes in customer requirements as well as complexity and longevity of radio networks. Against this background and in order to ensure a long-term cost-effectiveness of infrastructure, a modeling and management concept that allows to analyze and to influence the life cycle costs of radio network infrastructures is developed. This concept consists of three interlinked components. (Systems of) Decision models represent the first component. They are suitable for preparing decision-making about investments in view of complex, infrastructure-related (decision) problems. Approaches of a life cycle oriented target costing for radio network infrastructures as the second component make cost reduction potentials accessible and provide starting points for the market-driven design of infrastructure. The successful application of the concept is supported by IT solutions, which provide appropriate information (third component). Finally, the practical use of the concept is demonstrated and it is investigated whether findings are transferable to other complex technical systems – here machine tools.

In dieser Veröffentlichung soll untersucht werden, ob vorhandene Methoden aus dem Bereich der sozio-technischen Systeme (STS) genutzt werden können, um Mensch-Roboter-Kollaborationen (MRK) hinsichtlich ihrer Ergonomie zu optimieren. [... aus der Einleitung]

Der wirtschaftliche Erfolg von Unternehmen der Mobilfunkbranche wird nicht nur durch die zuverlässige Bereitstellung von Diensten und die Entwicklung innovativer Geschäftsmodelle, sondern auch durch die Planung, Errichtung und Unterhaltung qualitativ hochwertiger und kosteneffizienter Funknetzinfrastrukturen bestimmt. Angesichts eines rasanten technischen Fortschritts, der Veränderung von Kundenansprüchen sowie der Komplexität und Langlebigkeit der Funknetze stellt dies eine enorme Herausforderung dar. Vor diesem Hintergrund wird zur Sicherstellung einer langfristigen Wirtschaftlichkeit der Infrastruktur im Rahmen der Arbeit ein aus drei miteinander verzahnten Bausteinen bestehendes Modellierungs- und Managementkonzept zur Analyse und Gestaltung der Lebenszykluskosten von Funknetzinfrastrukturen entwickelt. Den ersten Baustein repräsentieren Entscheidungsmodell(system)e, deren Bildung und Auswertung sich zur Vorbereitung von Investitionsentscheidungen bei komplexen, infrastrukturbezogenen Problemstellungen eignet. Ansätze eines lebenszyklusorientierten Target Costing für die Infrastruktur von Funknetzen als zweiter Baustein tragen zum Aufdecken von Kostensenkungspotenzialen bei und liefern Ansatzpunkte zur marktgerechten Gestaltung der Infrastruktur. Die erfolgreiche Anwendung des Konzepts unterstützen Ansätze bzw. IT-Lösungen zur Bereitstellung zeit- und sachgerechter Informationen (dritter Baustein). Schließlich wird die Anwendbarkeit des Konzepts auf praxisbezogene Fragestellungen demonstriert sowie die Transferierbarkeit der Erkenntnisse auf weitere komplexe technische Systeme, hier Werkzeugmaschinen, geprüft. / The economic success of companies in the mobile communications industry is determined not only by a reliable provision of services and by the development of innovative business models, but also by the planning, construction, operation and maintenance of high quality and cost-effective radio network infrastructures. This represents an enormous challenge in view of rapid technological progress, changes in customer requirements as well as complexity and longevity of radio networks. Against this background and in order to ensure a long-term cost-effectiveness of infrastructure, a modeling and management concept that allows to analyze and to influence the life cycle costs of radio network infrastructures is developed. This concept consists of three interlinked components. (Systems of) Decision models represent the first component. They are suitable for preparing decision-making about investments in view of complex, infrastructure-related (decision) problems. Approaches of a life cycle oriented target costing for radio network infrastructures as the second component make cost reduction potentials accessible and provide starting points for the market-driven design of infrastructure. The successful application of the concept is supported by IT solutions, which provide appropriate information (third component). Finally, the practical use of the concept is demonstrated and it is investigated whether findings are transferable to other complex technical systems – here machine tools.