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Numerische Abbildung von Deckwerken mittel CFD-DEM

Ziel des Forschungsprojekts ist die Ermittlung optimierter Deckwerksausbildungen für charakteristische Randbedingungen an Seeschifffahrtsstraßen. Ein gekoppeltes CFD-DEM Model wird entwickelt zur Simulation der Interaktion der Deckwerkssteine mit schiffsinduzierten Wellen und Strömungen. Aufgabenstellung und Ziel Deckwerke aus losen Wasserbausteinen werden regelmäßig zum Schutz von Uferböschungen an Schifffahrtsstraßen vor Erosion durch hydraulische Belastungen aus schiffs- und windinduzierten Wellen und Strömungen verbaut. Die derzeitigen Berechnungsgrundlagen zur Deckwerksbemessung basieren hauptsächlich auf physikalischen Versuchen und Erfahrungen aus dem Betrieb von Binnenwasserstraßen oder Küstenschutzbauwerken. Für die komplexen und vielfältigen Randbedingungen an Seeschifffahrtsstraßen und im Tidegebiet sind die derzeitigen Berechnungsgrundlagen unzulänglich und die Bemessung daher mit wenig quantifizierbaren Unsicherheiten verbunden. Regelwerke, wie sie für Binnenwasserstraßen entwickelt wurden (GBB, BAW 2010; MAR, BAW 2008), existieren nicht. Für eine sichere und nachhaltige Bemessung der Deckwerke an Seeschifffahrtsstraßen werden numerische Simulationen zur Untersuchung der Stabilität von Deckwerken unter typischen hydraulischen Belastungen im Tidegebiet eingesetzt. Insbesondere ein gekoppeltes Computational Fluid Dynamics - Discrete Element Method (CFD-DEM) Modell wird weiterentwickelt, um die Interaktion zwischen Deckwerksteinen und schiffsinduzierten Wellen und Strömungen zu untersuchen. Ziel des Forschungsprojekts ist die Ermittlung optimierter Deckwerksausbildungen für charakteristische Randbedingungen an Seeschifffahrtsstraßen. Aufbauend auf diesem FuE-Projekt können Regelbauweisen hergeleitet werden und in ein Merkblatt münden. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Erweiterte Kenntnisse über die Interaktion zwischen Deckwerksteinen und hydraulischen Belastungen im Tidegebiet werden zu einer optimierten Deckwerksausbildung für charakteristische Randbedingungen an Seeschifffahrtsstraßen führen. Geringere Bau- und Unterhaltungskosten sind bei einem ausreichendem Sicherheitsniveau und höherer Nachhaltigkeit zu erwarten. Untersuchungsmethoden Im Rahmen des Vorgängerprojekts (B3952.06.04.70270) wurde bereits ein CFD-DEM-Modell zur Untersuchung der Stabilität von losen Deckwerken gegenüber Wellen- und Strömungsangriff entwickelt (Petzold 2018; Sorgatz 2023). Physikalische Modellversuche sowie Messungen in der Natur wurden durchgeführt und mit dem Modell numerisch simuliert. Das Modell hat jedoch einige Einschränkungen, die nunmehr behoben werden sollen. Insbesondere soll ein neues Modell erstellt werden, bei dem die Fluidzellen kleiner als die Steine sind, um Strömungseffekte und Turbulenzen zwischen Deckwerksteinen zu berücksichtigen. Außerdem sollen nicht-sphärische Geometrien zur Darstellung der Steine verwendet werden, um diese exakter zu simulieren. Zur Entwicklung dieses neuen Modells soll die Software CFDEM® (Goniva 2012) verwendet werden, die zudem den Vorteil besitzt, multi-core zu rechnen. Messungen von Schiffsbelastungen in der Natur sowie von Strömungsbelastungen in der hydraulischen Rinne dienen als Eingangswerte zur Erzeugung der numerischen Wellen und Strömungen. Weitere repräsentative Messungen der resultierenden Zustandsgrößen im Feld und/oder in physikalischen Modellversuchen bilden die Grundlage für die numerische Simulationen und für die Modellkalibrierung und Modellvalidierung. Die bereits vorhandenen Messdaten werden verwendet, aber auch neue Messkampagnen sind geplant. Vorhandenes sowie neues Messequipment soll dabei zum Einsatz kommen (instrumentierte Wasserbausteine, autarke Wasserdruck- und Strömungssonden, ggf. eine Porenwasserdrucksonde). Mit dem neuen numerischen Modell werden zunächst die bereits erfolgten physikalischen Versuche nachgerechnet und verglichen. (Text gekürzt)

Drehbogen als Steuerungsglied fuer Abwassersysteme (Steuertechnik Drehbogen)

Innovatives Abwasserableitsystem und dessen Funktion. Unter Ausnutzung physikalischer Moeglichkeiten gelingt es, ein Abwassernetz unter Einfuegung eines Systembausteins (Drehbogen) als vermaschtes System kontinuierlich dynamisch zu betreiben. Im Ergebnis wurde festgestellt: - Die Kanalreinigungen entfallen. - Die Verweildauer der Abwasser im System verringert sich. - Korrosion wird eingedaemmt bzw. vermieden. - Die Automatisierung ist vereinfacht. - Stauraum wird gewonnen. - Die Betriebssicherheit ist groesser als beim herkoemmlichen System. Auch bei einem Ausfall des Systembausteins ist die Betriebssicherheit absolut gegeben. - Es entstehen keine schaedlichen Staustoesse mehr. - Spuelvorgaenge sind auch bei Trockenwetterabfluss moeglich. - Altablagerungen werden remobilisiert und ausgetragen. - Die Regelung des Abwasserabflusses wird feinfuehlig. - Der Systembaustein ist wartungsarm. - Der Funktionsraum der mechanischen Bauteile ist gas- und wasserdicht. - Sanierungskosten koennen reduziert werden. - Das System gewaehrt humanes Arbeiten. - Die Stadthygiene wird verbessert. - Das System wirkt umweltentlastend. - Das System ist wirschaftlich. Eine Minderung der Betriebs- und Wartungskosten ist um 50 Prozent moeglich. Betriebserfahrungen: Nach zweijaehrigem Betrieb sind keine Beanstandungen feststellbar.

Digitalisierung und interdisziplinäre Auslegungstechnologien von Turbomaschinen für die Energiewende, Teilvorhaben: AP1.4

Die Sicherheit und der kosteneffiziente Betrieb stehen bei Betreibern von Verdichteranlagen im Vordergrund. Maßnahmen wie die vorausschauende Instandhaltung (engl.: Predictive Maintenance) oder die zustandsorientierte Instandhaltung (engl.: Condition Based Maintenance) können helfen, durch Wartung der Maschinen zur richtigen Zeit, lange Stillstände ganzer Produktionsanlagen und die damit verbundenen Kosten zu vermeiden. Plötzlich eintretende Veränderungen an einem Verdichter wie z.B. der Anriss einer Schaufel, eine gelöste Leitschaufel oder der Eintrag fremder Teile in den Verdichter müssen erkannt werden, genauso wie langfristige Veränderungen z.B. Erosionsschäden oder Ablagerungen an der Beschaufelung. Besonders aussichtsreich dafür scheint die Überwachung von Schwingungen und Akustik der Maschine. Dies kann ohne Eingriff in den Prozess erfolgen und ist auch an bestehenden Anlagen möglich. Ziel des Projektes ist die Identifikation von Anomalien im Betrieb eines Radialverdichters und deren akustische Signaturen. Es wird eine Datenbank mit eben diesen Signaturen aufgebaut. Zuvor müssen die passende Messtechnik ausgewählt und eine geeignete Strategie für die Signalaufbereitung- und -analyse gefunden werden. Akustische Methoden werden in diesem Vorhaben als Methode eingesetzt und es ist das Ziel dieses für die online-Überwachung und Zustandsbeobachtung des Verdichters einzusetzen.

2030 Szenario für Deutschland bei verzögertem Netzausbau

Ecofys hat im Auftrag der Smart Energy for Europe Platform (SEFEP) untersucht, wie sich ein verzögerter Ausbau der Stromübertragungsnetze bei unterschiedlicher geografischer Verteilung Erneuerbarer Energien-Anlagen auswirkt. Wird das Netz nicht optimal ausgebaut, müssen regional mehr Speicher und flexible Kraftwerke eingesetzt, und Erneuerbare Energie Anlagen häufiger abgeregelt werden. Die dadurch verursachten Kosten sinken, wenn die Anlagen zur Nutzung erneuerbaren Energiequellen gleichmäßiger verteilt sind.

Entwicklung und Erprobung von Verhaltensweisen zur Energie- und Betriebskosteneinsparung in Mietgebaeuden

Dynamischer Separator zur Trennung von stroemenden Mehrphasengemischen

Die Separation (Phasentrennung) eines in einer horizontalen Rohrleitung (Pipeline) stroemenden zwei- oder mehrphasigen Gemisches erfolgt abhaengig von den entstehenden Stroemungsformen durch eine geeignete apparative Anordnung, Dimensionierung und Formung von Rohrabzweigungen. Die bisherige Praxis der mechanischen Trennung von Mehrphasengemischen benutzt ueberwiegend schwere voluminoese Behaelter mit umfangreichen Einbauten, die insbesondere bei hohen Druecken sehr kosten- und wartungsintensiv sind. Bei der neuen Entwicklung erfolgt die Phasentrennung waehrend der Foerderung des Gemisches in Rohren. Mehrphasige stroemende Gemische koennen nach der Trennung durch Anhebung des Druckes der separierten Komponenten weiter gefoerdert werden. Der befuerchtete Wasserschlag in einem stroemenden Gas-Fluessigkeitsgemisch kann durch zeitweiligen Entzug der leichteren Phase verhindert werden.

Die gepackte Saeule in der aeroben Abwasserreinigung

Zur Reinigung von Abwaessern mit hohen organischen Schadstoffkonzentrationen werden aerobe Hochlastreaktoren eingesetzt. Dabei wird die Leistungssteigerung mit unterschiedlichen Verfahrens- und Reaktortechniken erzielt. Alle Systeme haben gemeinsam, dass bei intensiver Durchmischung mit hoher Turbulenz durch Scherkraefte grosse Phasengrenzflaechen zwischen Substrat/Sauerstoff und Bakterien/Sauerstoff erzeugt werden. Dies verbessert sowohl den Sauerstofftransport als auch den Stoffuebergang. Nach diesen Prinzipien arbeitet auch der Umlaufreaktor mit gepackter Saeule, die aus speziell geformten Keramikteilen besteht. Modelluntersuchungen mit synthetischem Abwasser zeigen, dass dieser Reaktor die Abbauleistung bekannter Hochlastreaktoren erreicht, aber weniger Energie und keine beweglichen Teile benoetigt.

Wirtschaftliche Auswirkung von Umweltschutzmassnahmen auf Molkereibetriebskosten

a) Kalkulation der Auswirkung von Umweltschutzmassnahmen auf Molkereibetriebskosten. b) Modellkalkulationen zu jeweils bedeutsamen Umweltschutzmassnahmen. c) Die Kalkulation erfolgt fallweise nach Bedarf, z.Z. im Kontakt mit Arbeitsgruppen der Wirtschaft.

Studie ueber den technologischen Stand von Pyrolyse- und Hochtemperaturverbrennungsverfahren in USA, Europa und Japan

Ziel der Arbeit ist es, bestehende Pyrolyseanlagen im Hinblick auf technische Aspekte, Kosten, Wert der Rohstoffrueckgewinnung (monetaer und nicht monetaer) und Umweltbelastung zu untersuchen. Die Anlagen werden auf 100-150 Tagestonnen-Anlagen umgerechnet und danach einer Kosten-Nutzen-Analyse unterzogen. Abhaengig von lokalen Gegebenheiten wird die Gewichtung der Kriterien im Analysemodell vorgenommen. Das Ergebnis ist die Benennung einer oder mehrerer Verfahren, die die gestellten Anforderungen erfuellen. Die ausgewaehlten Verfahren werden dann noch einmal kritisch untersucht, um Auskunft ueber verfahrenstechnische Probleme zu erhalten.

Energietransport durch transparente und nichttransparente Aussenwandkonstruktionen unterschiedlichen Aufbaus

Dieses Projekt wurde in Zusammenarbeit mit der Fa Josef Gartner in 8883 Gundelfingen unter der Projektverantwortlichkeit von Dr Schulz und Dr Wieland durchgefuehrt. Das Forschungsvorhaben hat zum Ziel, den Wissensstand und die Erfahrungen ueber die Gestaltung einer 'energieoptimalen' Fassade zu vervollstaendigen. In diesem Zusammenhang wurde unter Freilandbedingungen die energetische Qualitaet von insgesamt 11 verschiedenen ausgefuehrten Fassaden in Landzeittests untersucht. Waehrend der Versuchszeit wurden in zwei Messzyklen, die sich jeweils ueber ein gesamtes Kalenderjahr (1985 und 1988) erstreckten, je fuenf Fassadentypen mit dem energetischen Verhalten einer sogenannten Standard- oder Referenzfassadenausfuehrung verglichen. Aus den in Versuchen und durch Simulationsrechnungen gewonnenen Erkenntnissen, die als ein Mass fuer die Betriebskosten eines Gebaeudes angesehen werden koennen, laesst sich fuer den jeweils spezifischen Einzelfall eine Beurteilung der Fassade aus energetischer und wirtschaftlicher Sicht durchfuehren.

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