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Strömungsdynamik über ästuarinen Bodenformen

Ziel dieses Projektes ist die Beschreibung von Strömungsmustern über ästuarinen Bodenformen anhand von Rinnenexperimenten und numerischen Simulationen. Bodenformen (Riffel und Dünen) sind weitverbreitete Bestandteile von Flüssen, Ästuaren, Küstengewässern- und Tiefseegebieten. Bodenformen liefern Hinweise auf Richtung und Stärke von Sedimenttransportprozessen, haben einen starken Einfluss auf die über ihnen liegende Strömung und sind zudem von großer sozioökonomischer Bedeutung, z. B. hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Schiffbarkeit der Gewässer. In vielen Ästuaren bilden sich aufgrund der starken Hydrodynamik und der hohen Verfügbarkeit von sandigen Sedimenten große Bodenformfelder. Die Strömung über diesen Bodenformfeldern unterscheidet sich grundlegend von der Strömung über den bekannten, dreieckigen Bodenformen mit einem Neigungswinkel von 30°, die bisher im Fokus von Labor- und numerischen Modellierungsstudien standen. Ästuarine Bodenformen sind hauptsächlich flachgeböschte Dünen mit mittleren Luvwinkeln von 5 bis 20°. Die Strömungseigenschaften über derartigen, flachen Winkeln sind derzeit nicht genau bekannt. So ist zum Beispiel der Zusammenhang zwischen der Neigung der Leeböschung und dem Vorhandensein oder Fehlen einer intermittierenden oder permanenten Strömungsablösung noch nicht ausreichend verstanden. Außerdem haben ästuarine Dünen ein relativ flaches Tal und steile Böschungen in der Nähe des Kammes, während Flussdünen einen flachen Kamm und in der Nähe des Tals steile Böschungen haben. Die Auswirkungen dieses Unterschieds in der Dünenmorphologie auf die Strömung sind derzeit noch unbekannt. Darüber hinaus wurde der Zusammenhang zwischen einer sich in der Richtung ändernden Gezeitenströmung und der natürlichen Morphologie von Dünen, einschließlich der dreidimensionalen Variationen, noch nicht im Detail untersucht.Im Rahmen der vorgeschlagenen Studie werden mehrere Versuchsreihen in einer großen Laborrinne durchgeführt, um die Strömungseigenschaften (Geschwindigkeit und Turbulenz) über an Ästuardünen angelehnten Modelldünen aus Beton zu charakterisieren. Basierend auf Feldmessungen von Bodenformen in der Weser werden drei Dünenformvarianten untersucht: Steilgeböschte asymmetrische Dünen, flachgeböschte asymmetrische Dünen und flachgeböschte symmetrische Dünen. Darüber hinaus werden hochauflösende numerische Simulationen der Strömung über dreidimensionalen Bodenformfeldern die Rinnenexperimente ergänzen. Mithilfe der Modellsimulationen ist es möglich, die Geschwindigkeitsstrukturen der Gezeitenströmung und die Turbulenzstrukturen über natürlichen, in der Weser vorkommenden Dünenfeldern zu bestimmen. Die Ergebnisse dieses Projekts tragen zu einem besseren Verständnis der komplexen Wechselwirkungen zwischen ästuarinen Dünen und der Gezeitenströmung bei und erlauben eine bessere Parametrisierung der kleinräumigen Prozesse in großräumigen hydro- und morphodynamischen Modellen.

Gebrauchsverhalten von Betonfahrbahnen mit Recyclingzuschlag

In enger Zusammenarbeit mit dem BMVBW und den Autobahnämtern der jeweiligen Bundesländer sollen alle wichtigen Daten bezüglich Herstellung und der dabei verwendeten Baustoffe von ein- und zweischichtigen Betonfahrbahndecken, bei denen RC-Betonzuschlag verwendet wurde, zusammengetragen und systematisch ausgewertet werden. Anschließend sollen die Betonfahrbahndecken augenscheinlich (Zustand der Oberflächen, Abwitterung bzw. Frost-Tausalz-Widerstand einschichtiger Decken, Dokumentation von Rissen, Fugenöffnungen und Unregelmäßigkeiten) in regelmäßigen Abständen untersucht werden. Um die in der Praxis auftretenden Verformungen (Aufwölben, Aufschüsseln) der Betonfahrbahndecken erfassen und mit Labormessungen vergleichen zu können, sollen orientierend Messungen mit einem am Baustoffinstitut entwickelten Lasermessgerät durchgeführt werden. In Laboruntersuchungen sollen darüber hinaus an Bohrkernen Materialkenndaten wie Feuchtigkeitsgehalt, Luftporengehalt und Verbundfestigkeit bestimmt werden.

Entwicklung und Erprobung hochtemperaturstabiler, katalytisch aktiver Tiefenfilter zur Emissionsminderung bei der Verwendung von Alternativkraftstoffen als Ersatz fuer Dieseloel

Bedingt durch die klimatischen Bedingungen im mitteleuropaeischen Raum nimmt der Raps als Lieferant des Alternativkraftstoffes Rapsoel eine herausragende Stellung ein. Der nahezu geschlossene CO2-Kreislauf und das gute Verbrennungsverhalten in verschiedenen Motoren praedestinieren Rapsoel als Substitut fuer herkoemmliche Dieselkraftstoffe. Einem breiteren Einsatz stehen bisher u. a. die verhaeltnismaessigen hohen Emissionswerte an Russpartikeln, Kohlenmonoxid und verschiedenen Kohlenwasserstoffen (Aldehyde, Ketone, PAH, Aromaten) entgegen, die zum Teil die Werte bei der Verwendung von handelsueblichem Dieselkraftstoff uebersteigen. Hier sind weitere Entwicklungen zur Emissionsminderung erforderlich, zumal die Potentiale durch motorische Massnahmen sowohl an Diesel- als auch an speziellen pflanzenoeltauglichen Motoren weitgehend ausgeschoepft sind. In dieser Abteilung wird derzeit ein von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt gefoerdertes Forschungsprojekt mit dem Ziel bearbeitet, hochtemperaturstabile, katalytisch aktive Tiefenfilter zur Emissionsminderung bei der Verwendung von Alternativkraftstoffen als Ersatz fuer Dieseloel zu entwickeln und zu erproben. Gemeinsam mit verschiedenen Kooperationspartnern aus Industrie und Hochschule sollen weitere Ergebnisse und Argumente erarbeitet werden, um die Foerderung der Anwendung und der Akzeptanz von Motor-Kraftstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen (Natur- und Biodiesel) durch Verbesserung des Emissionsverhaltens bei ihrer Verbrennung zu erhoehen. Die im Rahmen dieses Forschungsprojektes zu entwickelnden katalytisch aktiven Tiefenfilter sollen neben der Senkung der Emissionen der z. Zt. gesetzlich limitierten Schadstoffkomponenten auch weitere gasfoermige Kohlenwasserstoffe und insbesondere die Zuendtemperatur des Russes soweit reduzieren, dass ein kontinuierlicher, stationaerer Abbrand der im Filter angesammelten Schadstoffe erfolgt. Es werden verschiedene pflanzenoeltaugliche Motoren in Labor- und Feldversuchen getestet.

Vielfältige bilaterale Forschungsprojekte mit der Industrie

Neben öffentlich geförderten Projekten werden am Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik der TU Dresden auch vielfältige bilaterale Forschungsprojekte/Industrieaufträge, die unmittelbar von der Industrie finanziert werden. Dazu gehören u. a. - Textile Verfahrensentwicklung und maschinenbautechnische Umsetzung in Prototypen - Maschinenbautechnische Lösungen für Technische Textilien, insbesondere Schutztextilien, Medizintextilen, Verstärkungstextilien für den Leichtbau und die Betonbewehrung sowie Mobiltextilien - Prozessinnovation und neue Maschinenkonzepte sowie mechatronische Lösungen für Textil- und Konfektionsmaschinen - Beanspruchungsgerechte Auslegung von Textil- und Konfektionsmaschinen sowie -- Modellierung und Simulation von Prozessen - Experimentelle Maschinenuntersuchungen und Entwicklung von anwendungsspezifischen Sensoren und Messsystemen - Modellierung und Simulation von Textilhalbzeugen und Textilprodukten - Entwicklung und Fertigung von innovativen Textilprodukten (Kleinserie) - Durchführung von Trend- und Machbarkeitsanalysen - CAE-Lehrgänge für Anwendungen in der Textil- und Konfektionstechnik - Weiterbildungslehrgänge in der gesamten Wertschöpfungskette textiler Produkte - Durchführung von Textilprüfungen - Anfertigung von Gutachten.

Baustoffkreislauf im Massivbau (BiM), Erstellung eines Bauwerks unter Verwendung von Beton mit Sekundärzuschlägen

Die Anwendung von Beton mit Recyclingbaustoffen setzt neben der technischen Gleichwertigkeit zu Beton nach DIN 1045 auch eine Akzeptanz beim Nutzer des Bauwerks voraus. Mit dem Demonstrationsvorhaben soll gezeigt werden, dass die Gleichwertigkeit vorliegt. Es sind bei der Planung solcher Bauvorhaben Besonderheiten gegenüber einem Bauwerk aus Primärzuschlägen herauszuarbeiten. Die Ausführung des Rohbaus mit Beton aus Sekundärzuschlägen setzt eine Zustimmung im Einzelfall voraus. Es sind hierfür die Versuchsergebnisse zusammenzustellen und für den Antrag aufzuarbeiten. Dazu gehören die Bewertung des Zuschlags und die Ergebnisse der Eignungsprüfung.

Hydraulischer Modellversuch Odertalsperre

Am Südwestrand des Harzes wurde zwischen 1930 und 1933 bei Bad Lauterberg (Niedersachsen) die Odertalsperre errichtet, die dem Hochwasserschutz, der Energieerzeugung und der Niedrigwasseraufhöhung des Unterlaufes der Oder in Trockenzeiten dient. Die Gesamtanlage besteht neben der 56 m hohen Hauptsperre (Erddamm mit Betonkern) aus einem unterhalb gelegenen Ausgleichsbecken (ca. 200 m x 700 m), das wiederum durch einen 7,5 m hohen Erddamm mit integrierter Wehranlage begrenzt wird. Das Reservoir der Hauptsperre und das Ausgleichsbecken wurden bis Anfang der 1990er Jahre als Pumpspeicherkraftwerk betrieben. Zur sicheren Ableitung extremer Hochwasser existiert am linken Hang der Hauptsperre eine Hochwasserentlastungsanlage (HWE) aus Beton, die nach fast 80 Jahren Schäden aufweist, die einer Sanierung bedürfen. Aus Sicherheitserwägungen soll außerdem die Wehranlage des Ausgleichsbeckens umgebaut werden. Für den Betreiber, die Harzwasserwerke GmbH aus Hildesheim, wurden deshalb von Dezember 2008 bis September 2009 zur Vorbereitung der geplanten Sanierungen hydraulische Modellversuche zur HWE, zur Wehranlage am Abschlussdamm des Ausgleichsbeckens und zum Ausgleichsbecken selbst durchgeführt. Unter Leitung von Prof. Jürgen Stamm erfolgten im Hubert-Engels-Labor des Instituts für Wasserbau und Technische Hydromechanik (IWD) der TU Dresden durch Dipl.-Ing. Holger Haufe und Dipl.-Ing. Thomas Kopp die Untersuchungen an drei Teilmodellen, zwei davon physikalisch im Maßstab M 1:25 für die HWE und M 1:20 für die Wehranlage. Bei dem dritten Teilmodell handelte es sich um ein tiefengemitteltes 2D-hydronumerisches Modell zur Ermittlung der Strömungsverhältnisse im Ausgleichsbecken. Am Teilmodell der HWE wurde im Rahmen mehrerer Versuchsreihen die hydraulische Leistungsfähigkeit und Funktionstüchtigkeit für verschiedene Zustände (vor, während und nach der Sanierung) überprüft und nachgewiesen. Durch Maßstabseffekte bedingte hydraulische Unterschiede zwischen Natur und Modell (Wasser-Luft-Gemischabfluss), die im 'verkleinerten' Modell nicht auftraten, wurden analytische Berechnungen durchgeführt, mit denen nachgewiesen werden konnte, dass die Seitenwände der HWE auch beim vermutlich größten Hochwasser (PMF) nicht überströmt werden. Die Harzwasserwerke GmbH wird voraussichtlich 2010/11 auf Grundlage der Versuchsergebnisse mit den Sanierungsarbeiten beginnen. Die am IWD untersuchten und hydraulisch optimierten Einzelmaßnahmen werden dann zu einer effizienten Bauausführung beitragen und anschließend die Hochwassersicherheit der Odertalsperre für die nächsten Generationen gewährleisten. (Text gekürzt)

Entwicklung einer Analysenmethode zur simultanen Bestimmung polarer und unpolarer flüchtiger Luftinhaltsstoffe (VOC) unter Verwendung zweidimensionaler Gaschromatographie

Aufbauend auf den Erfahrungen des Antragstellers auf dem Gebiet der mehrdimensionalen Gaschromatographie (GC) und der Luftanalytik wird eine Analysenmethode zur simultanen Bestimmung polarer und unpolarer flüchtiger Luftinhaltsstoffe (volatile organic compounds (VOC)) mittels zweidimensionaler GC entwickelt. Dazu werden Säulen unterschiedlicher Polarität für die Trennung der unpolaren und polaren Verbindungen getestet. Die aufgrund der ersten Untersuchungen ausgewählten Säulen werden seriell gekoppelt. Es wird eine GC-Methode entwickelt, mit deren Hilfe eine Ausschnittsdosierung der unpolaren Verbindungen auf die zweite Säule erfolgt. Weiterhin wird eine geeignete Strategie für die Probenahme entwickelt. Die Untersuchungen fokussieren sich dabei sowohl auf die adsorptive Anreicherung als auch auf die Probenahme mit Hilfe von Edelstahlkanistern. Es werden verschiedene Adsorbentien getestet und charakterisiert. Bei der Probenahme in Kanistern wird die Stabilität der polaren Verbindungen (Aldehyde, Ketone, Alkohole) im Kanister und der vollständige Probentransfer der Analyten in das Analysensystem untersucht. Zur Validierung der entwickelten gaschromatographischen Methode und zur Validierung der jeweiligen Probenahmestrategie werden Feldexperimente durchgeführt.

Baustoffkreislauf im Massivbau (BiM), Industrielle Betonherstellung zur Erstellung von Bauwerken unter Verwendung von Beton mit Sekundärzuschlägen aus Betonschutt (Demonstrationsbauvorhaben)

Soll zur Herstellung einer Konstruktion nach DIN 1045 ein Beton mit Sekundärzuschlägen aus Bauschutt verwendet werden, so muss dieser industriell gefertigt werden. Da eine solche industrielle Anlage weder verfügbar ist noch Erfahrungen mit der Herstellung, dem Transport und dem Einbau bestehen, ist vor Beginn der Baumaßnahme sicherzustellen, dass mit der Betonieranlage ein Beton hergestellt werden kann, der die Anforderungen der DIN 1045 erfüllt.

Schallemissionen von Schienenwegen

Der Grundwert-Emissionspegel wird in der Schall 03 fuer einen Normzug mit 51 dB(A) angegeben. Urspruenglich sollte er mit 48 dB(A) festgeschrieben werden. Aufgrund der Messserien kann der Wert 51 dB(A) als gesichert gelten, wenn Gleise mit UJC-60 Schienen, Betonschwellen und Schotterbett auf gutem Unterbau vorhanden sind. Ziel der Studie, die im Rahmen der Beratung zur Schall 03 zu umfangreichen Messungen gefuehrt hat, ist es, weitere Daten ueber ortsspezifische Laermabstrahlungen anderer Oberbauformen zu sammeln und die in 5,1 bis 5,5 genannten Einfluesse der Fahrzeugarten, Bremsbauarten, Zuglaengen, Geschwindigkeiten und Fahrbahnarten durch Messungen statistisch abzusichern oder fortzuschreiben.

Frueherkennung und Vermeidung von Gefaehrdungspotentialen bei abfallwirtschaftlichen Massnahmen

Entwicklung eines Frueherkennungssystems, anhand dessen das Risikopotential bei Vermeidung, Verminderung, Verwertung und Beseitigung von Abfaellen ermittelt werden kann. Identifizierung von Schwelgasen, getrennte Erfassung von halogenierten Kohlenwasserstoffen. Multisensorkopf zur Erfassung von krebserregenden Loesungsmitteln (Benzol etc.) in geringen Konzentrationen in Gemischen mit Ketonen, Alkoholen, Aldehyden etc. (Schnelltest, Verwendung neuronaler Netze).

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