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Off-lattice Boltzmann methods increase the flexibility and applicability of lattice Boltzmann methods by decoupling the discretizations of time, space, and particle velocities. However, the velocity sets that are mostly used in off-lattice Boltzmann simulations were originally tailored to on-lattice Boltzmann methods. In this contribution, we show how the accuracy and efficiency of weakly and fully compressible semi-Lagrangian off-lattice Boltzmann simulations is increased by velocity sets derived from cubature rules, i.e. multivariate quadratures, which have not been produced by the Gauß-product rule. In particular, simulations of 2D shock-vortex interactions indicate that the cubature-derived degree-nine D2Q19 velocity set is capable to replace the Gauß-product rule-derived D2Q25. Likewise, the degree-five velocity sets D3Q13 and D3Q21, as well as a degree-seven D3V27 velocity set were successfully tested for 3D Taylor–Green vortex flows to challenge and surpass the quality of the customary D3Q27 velocity set. In compressible 3D Taylor–Green vortex flows with Mach numbers on-lattice simulations with velocity sets D3Q103 and D3V107 showed only limited stability, while the off-lattice degree-nine D3Q45 velocity set accurately reproduced the kinetic energy provided by literature.

In diesem Paper wird ein Modell eines Photovoltaik(PV)-Diesel-Hybrid-Systems aufgebaut. Dieses System besitzt neben einer PV-Anlage einen Batteriespeicher und ist an das öffentliche Stromnetz angeschlossen. Bei einem Ausfall aller drei Energiequellen stellt ein Dieselgenerator die Stromversorgung sicher. Mit Hilfe des erstellten Modells wird der Einfluss der unterschiedlichen Jahreszeiten und Wetterbedingungen auf den PV-Ertrag und das gesamte System im Zeitraum von Februar 2016 bis Februar 2017 untersucht. Die Messdaten dafür stammen von einem Krankenhaus in Akwatia, Ghana. Das Krankenhaus besitzt bereits eine PV-Anlage und einen Dieselgenerator als Backup. Ein weiterer Aspekt der Untersuchung ist der Einfluss der Stromausfälle, die in dieser Region häufig vorkommen, auf den Einsatz des Generators. Resultat der Untersuchung ist die Relevanz saisonaler und infrastruktureller Einflüsse auf die Betriebsweise des Systems. Mit Hilfe des erstellten Modells wurde analysiert, dass besonders während der Regenzeit im August die PV-Leistung sinkt und folglich viel Energie durch das öffentliche Stromnetz und den Generator bereitgestellt werden muss. Ein weiterer signifikanter Einbruch im PV-Ertrag ist zur Zeit des Harmattans im Januar zu verzeichnen.

Die digitale Universität muss als eine Form des Erscheinens ihrer Mitglieder in spezifischen Räumen und Handlungen verstanden werden. Die Verhandlung ihrer Bedingungen ist von brennender Aktualität: Das Feuer, das die Idee der digitalen Universität entfacht, hat das Potential, die apriorische Ebene von Universität zu verabschieden und ihre neue Setzung zu veranlassen. Die Transformationen der Wissenschaft, ihrer Systeme und Ordnungen fokussiert sich meist auf eine Politik des Digitalen beziehungsweise eine Politik der Digitalität. Durch die jüngsten Ereignisse, die auch die Universität in eine Krisen- und Ausnahmesituation bringen, gewinnt dieser Aspekt eine besondere Brisanz. Die unumgängliche Entwicklung neuer Lehr- und Forschungsformate führt zu einem grundlegenden Strukturwandel der Universität. Diese Frage von philosophischer oder universitätstheoretischer Brisanz, muss ein ernsthaftes Nachdenken über die Idee der digitalen Universität anstoßen. Digitalität und Universität können nicht länger als voneinander getrennte und unveränderliche Begriffe und Phänomene aufgefasst werden, denn sie sind in ihrer Kombination intrinsisch miteinander verbunden. (Verlagsangaben)

In this contribution, we perform computer simulations to expedite the development of hydrogen storages based on metal hydride. These simulations enable in-depth analysis of the processes within the systems which otherwise could not be achieved. That is, because the determination of crucial process properties require measurement instruments in the setup which are currently not available. Therefore, we investigate the reliability of reaction values that are determined by a design of experiments. Specifically, we first explain our model setup in detail. We define the mathematical terms to obtain insights into the thermal processes and reaction kinetics. We then compare the simulated results to measurements of a 5-gram sample consisting of iron-titanium-manganese (FeTiMn) to obtain the values with the highest agreement with the experimental data. In addition, we improve the model by replacing the commonly used Van’t-Hoff equation by a mathematical expression of the pressure-composition-isotherms (PCI) to calculate the equilibrium pressure. Finally, the parameters’ accuracy is checked in yet another with an existing metal hydride system. The simulated results demonstrate high concordance with experimental data, which advocate the usage of approximated kinetic reaction properties by a design of experiments for further design studies. Furthermore, we are able to determine process parameters like the entropy and enthalpy.

Ghana suffers from frequent power outages, which can be compensated by off-grid energy solutions. Photovoltaic-hybrid systems become more and more important for rural electrification due to their potential to offer a clean and cost-effective energy supply. However, uncertainties related to the prediction of electrical loads and solar irradiance result in inefficient system control and can lead to an unstable electricity supply, which is vital for the high reliability required for applications within the health sector. Model predictive control (MPC) algorithms present a viable option to tackle those uncertainties compared to rule-based methods, but strongly rely on the quality of the forecasts. This study tests and evaluates (a) a seasonal autoregressive integrated moving average (SARIMA) algorithm, (b) an incremental linear regression (ILR) algorithm, (c) a long short-term memory (LSTM) model, and (d) a customized statistical approach for electrical load forecasting on real load data of a Ghanaian health facility, considering initially limited knowledge of load and pattern changes through the implementation of incremental learning. The correlation of the electrical load with exogenous variables was determined to map out possible enhancements within the algorithms. Results show that all algorithms show high accuracies with a median normalized root mean square error (nRMSE) <0.1 and differing robustness towards load-shifting events, gradients, and noise. While the SARIMA algorithm and the linear regression model show extreme error outliers of nRMSE >1, methods via the LSTM model and the customized statistical approaches perform better with a median nRMSE of 0.061 and stable error distribution with a maximum nRMSE of <0.255. The conclusion of this study is a favoring towards the LSTM model and the statistical approach, with regard to MPC applications within photovoltaic-hybrid system solutions in the Ghanaian health sector.

4GREAT is an extension of the German Receiver for Astronomy at Terahertz frequencies (GREAT) operated aboard the Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA). The spectrometer comprises four different detector bands and their associated subsystems for simultaneous and fully independent science operation. All detector beams are co-aligned on the sky. The frequency bands of 4GREAT cover 491-635, 890-1090, 1240-1525 and 2490-2590 GHz, respectively. This paper presents the design and characterization of the instrument, and its in-flight performance. 4GREAT saw first light in June 2018, and has been offered to the interested SOFIA communities starting with observing cycle 6.

Der Beitrag untersucht, wie ein Präsenzlabor durch ein Remote-Labor ergänzt undersetzt werden kann. Dazu wird das Laborpraktikum Digitaltechnik der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg betrachtet, bei dem ein Remote-Labor Flexibilität bei der Versuchsdurchführung bietet und Versuche ermöglicht, die allein mit dem Präsenzlabor nicht möglich wären. Neben der Ergänzung der Präsenzversuche können Studie-rende das Praktikum auch komplett im Remote-Labor durchführen. Durch klare Anforderungen an die Erteilung eines Testats ist dies sowohl für sie als auch für Lehrende praktikabel zu handhaben. Rückmeldungen der Studierenden und Nutzungszahlen belegen die Akzeptanz des Remote-Labors. Dabei zeigt sich, dass die Studierenden sehr heterogen mit dem Remote-Labor umgehen: Einige von ihnen nutzen das Remote-Labor als zusätzliche Praktikumszeit für Versuche die auch im Präsenzlabor möglich wären; andere nutzen es als Erweiterung der Praktikumsmöglichkeit für Versuche, die nur im Remote-Labor möglich sind und wieder andere arbeiten intensiv im Remote-Labor und reichen auch das Praktikumsprotokoll elektronisch ein. Für Lehrende besteht über das Protokoll und die Auswertung der Nutzungsdaten ausreichende Sicherheit, um aktive Beteiligung am Praktikum zu testieren.

Wie machen die das... kann angesichts der erstaunlichen Fähigkeiten mancher Lebewesen gefragt werden. Die Bionik fragt noch weiter …und wie kann man das nachmachen? Hier liegt ein Schwerpunkt dieses Lehrbuches, das die Bionik nicht nur an zahlreichen Beispielen erklärt, sondern auch eine Vorgehensweise für die Identifizierung biologischer Lösungen und deren Übertragung auf technische Anwendungen vermittelt. Basisinformationen der Biologie und Grundlagen der Konstruktionstechnik gewährleisten einen leichten Zugang zum Stoff. Mit dem 3D-Druck als Schlüsseltechnologie und der Thematisierung der Nachhaltigkeit geht das Buch zudem auf aktuelle Entwicklungen ein. Dieser ganzheitliche Blick auf die Bionik soll den Leser zur Durchführung bionischer Projekte befähigen und motivieren. (Verlagsangaben)