Fachbereich Ingenieurwissenschaften und Kommunikation
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Pseudopotential (PP)-basierte Lattice-Boltzmann-Methoden werden zunehmend für die Simulation von Mehrphasenströmungen eingesetzt. Da sie auf einem phänomenologischen Ansatz basieren, ist ihr Einsatz mit einem hohen Modellierungsaufwand verbunden. Zudem entstehen an den Phasengrenzen sogenannte Scheingeschwindigkeiten, welche Genauigkeit und numerische Stabilität beeinträchtigen. Daher werden PP-Modelle in dieser Arbeit um drei neue Aspekte erweitert. Erstens wird gezeigt, dass bei der Modellierung unterschiedlicher Kontaktwinkel mit gängigen Methoden in Kombination mit verbesserten Kräfteschemata Scheintröpfchen entstehen. Diese werden durch einen neuartigen Ansatz eliminiert, der auf zusätzlichen Randbedingungen für alle Wechselwirkungskräfte basiert. Diese Technik verhindert nicht nur das Auftreten der Scheintröpfchen, sondern erhöht auch die Stabilität in wandgebundenen Strömungen. Zweitens wird ein neuartiges Verfahren zur Reduktion von Scheingeschwindigkeiten eingeführt. Dabei wird die Diskretisierung der Interaktionskräfte erweitert und die zusätzlichen, freien Koeffizienten in Simulationen statischer Tropfen numerisch optimiert. Die resultierende Diskretisierung wurde in Simulationen stationärer und dynamischer Testfälle validiert, wobei Scheingeschwindigkeiten deutlich reduziert werden konnten. Drittens und letztens wurden die Diffusionseigenschaften in Mehrstoffsystemen detailliert untersucht, wobei eine kritische Abhängigkeit zwischen den makroskopischen Diffusionskoeffizienten und dem Kräfteschema aufgezeigt wird. Diese Analyse bildet die Grundlage für den Vergleich und die zukünftige Entwicklung neuer Potentialfunktionen (für Mehrstoffsysteme) und reduziert den Modellierungsaufwand.
Herein we report an update to ACPYPE, a Python3 tool that now properly converts AMBER to GROMACS topologies for force fields that utilize nondefault and nonuniform 1–4 electrostatic and nonbonded scaling factors or negative dihedral force constants. Prior to this work, ACPYPE only converted AMBER topologies that used uniform, default 1–4 scaling factors and positive dihedral force constants. We demonstrate that the updated ACPYPE accurately transfers the GLYCAM06 force field from AMBER to GROMACS topology files, which employs non-uniform 1–4 scaling factors as well as negative dihedral force constants. Validation was performed using β-d-GlcNAc through gas-phase analysis of dihedral energy curves and probability density functions. The updated ACPYPE retains all of its original functionality, but now allows the simulation of complex glycomolecular systems in GROMACS using AMBER-originated force fields. ACPYPE is available for download at https://github.com/alanwilter/acpype.
During the dawn of chemistry when the temperature of the young Universe had fallen below ∼4000 K, the ions of the light elements produced in Big Bang nucleosynthesis recombined in reverse order of their ionization potential. With its higher ionization potentials, He++ (54.5 eV) and He+ (24.6 eV) combined first with free electrons to form the first neutral atom, prior to the recombination of hydrogen (13.6 eV). At that time, in this metal-free and low-density environment, neutral helium atoms formed the Universe's first molecular bond in the helium hydride ion HeH+, by radiative association with protons (He + H+ → HeH+ + hν). As recombination progressed, the destruction of HeH+ (HeH+ + H → He + H+2) created a first path to the formation of molecular hydrogen, marking the beginning of the Molecular Age. Despite its unquestioned importance for the evolution of the early Universe, the HeH+ molecule has so far escaped unequivocal detection in interstellar space. In the laboratory, the ion was discovered as long ago as 1925, but only in the late seventies was the possibility that HeH+ might exist in local astrophysical plasmas discussed. In particular, the conditions in planetary nebulae were shown to be suitable for the production of potentially detectable HeH+ column densities: the hard radiation field from the central hot white dwarf creates overlapping Strömgren spheres, where HeH+ is predicted to form, primarily by radiative association of He+ and H. With the GREAT spectrometer onboard SOFIA, the HeH+ rotational ground-state transition at λ149.1 μm is now accessible. We report here its detection towards the planetary nebula NGC7027.
Solar energy plants are one of the key options to serve the rising global energy need with low environmental impact. Aerosols reduce global solar radiation due to absorption and scattering and therewith solar energy yields. Depending on the aerosol composition and size distribution they reduce the direct component of the solar radiation and modify the direction of the diffuse component compared to standard atmospheric conditions without aerosols.
Solar energy is one option to serve the rising global energy demand with low environmental impact. Building an energy system with a considerable share of solar power requires long-term investment and a careful investigation of potential sites. Therefore, understanding the impacts from varying regionally and locally determined meteorological conditions on solar energy production will influence energy yield projections.
Reliable and regional differentiated power forecasts are required to guarantee an efficient and economic energy transition towards renewable energies. Amongst other renewable energy technologies, e.g. wind mills, photovoltaic (PV) systems are an essential component of this transition being cost-efficient and simply to install. Reliable power forecasts are however required for a grid integration of photovoltaic systems, which among other data requires high-resolution spatio-temporal global irradiance data.