Plattenwärmeübertrager finden in energie- und verfahrenstechnischen Anlagen zunehmend auch als Verflüssiger Anwendung, obwohl belastbare Modelle zur Auslegung dieser Apparate zumindest in der freien Literatur fehlen. Erst durch Kenntnis der phänomenologischen Zusammenhänge wäre eine energieeffiziente Integration und eine weitere Optimierung dieser Wärmeübertrager möglich. In diesem Vorhaben soll die Kondensation in Plattenwärmeübertragern grundlegend untersucht werden, um durch zu entwickelnde phänomenologische Ansätze deren thermohydraulische Vorausberechnung zu ermöglichen. Im hier beantragten ersten und zweiten Projektjahr stehen experimentelle Untersuchungen im Vordergrund. Mit zwei unterschiedlichen Versuchsständen soll zum einen die Strömungsform und der lokale Wärmeübergangskoeffizient im Plattenspalt, zum anderen der quasi-lokale und der integrale Wärmeübergangskoeffizient sowie der Druckverlust am technischen Apparat ermittelt werden. Durch Verwenden derselben Plattengeometrie und derselben Arbeitsfluide in beiden Versuchsanlagen soll die Übertragbarkeit der Daten gewährleistet werden. Die eigenen Daten, die an Platten mit einem Prägewinkel von 30 und von 60 mit den Arbeitsfluiden R134a, NH3 und Wasser vorgesehen sind, sollen zusammen mit Literaturdaten in einer Datenbank für den nachfolgenden Aufbau der Modelltheorie im 3. und 4. Projektjahr zusammengestellt werden.
Zielsetzung: Der vorliegende Projektentwurf zielt darauf ab, die Kosten- und Energieeffizienz sowie die möglichen Umweltauswirkungen von forstlichen Wertschöpfungsketten durch Digitalisierung im Maschinen- und Prozessbereich zu verbessern. Die Praxistauglichkeit der Anwendungsbeispiele steht dabei besonders im Focus. Im Detail sollen nachfolgende Fragestellungen beantwortet werden: Räumlich explizite Abschätzung der Schadholzmengen nach einem Windwurfereignis für eine Modellregion sowie Entwicklung eines optimalen Aufarbeitungskonzepts. - Mit welchen Werkzeugen, Methoden und Modellen kann das Ausmaß und die räumliche Konzentration der geworfenen/geschädigten Bäume schnellstmöglich ermittelt werden? - Wie können geschädigte Bäume sicher geerntet werden, um Pilz- oder Insektenbefall und Feuerrisiko vorzubeugen und um eine Wiederaufforstung zu ermöglichen? - Wie kann die Qualität des Holzes durch effiziente Lagerung und Konservierung erhalten werden, um Lieferungen an die holzverarbeitende Industrie und damit das Einkommen der Waldbesitzer zu erhalten? Evaluierung der wissenschaftlichen und praktischen Anwendbarkeit von sog. Smart Services (z.B. Husqvarna Fleet Services oder Stihl Smart Connector) bei der Motorsäge. Durchführung von Produktivitätsstudien mit dem Ziel die Effizienz und Ergonomie bei der Motorsägentätigkeit zu verbessern. Entwicklung eines Tools für Mastseilgeräte, welches Produktions- und Betriebsparameter für weitergehende Analysen (z.B. Produktivität, Treibstoffverbrauch usw.) zur Verfügung stellt sowie die Kommunikation mit anderen Akteuren entlang der Wertschöpfungskette erlaubt. Implementierung von StanForD als Datenstandard. Optimierung der Holzernte am Steilhang durch Einsatz innovativer Technologien. Der Schwerpunkt liegt bei der hochmechanisierten Holzernte mit Motorsäge und Mastseilgerät mit Prozessor im Baumverfahren sowie der traktionswindenunterstützten vollmechanisierten Holzernte mit Harvester und Forwarder im Sortimentsverfahren. Effizienzsteigerungen, Treibstoffverbrauchsreduktion und Ressourcenschonung (Bestand und Boden) sind dabei die wichtigsten Optimierungsziele. Bedeutung des Projekts für die Praxis: In Zukunft werden in Wirtschaft und Gesellschaft die Relevanz und das Ausmaß der Digitalisierung noch stärker zunehmen. Das vorliegende Projekt soll die Akzeptanz der Akteure entlang der Wertschöpfungskette Holz im Zusammenhang mit Digitalisierungsentwicklungen steigern und Ihnen die Bedeutung und Chancen der Digitalisierung besser bewusstmachen. Aus der Sicht der Forstwirtschaft kann die erfolgreiche Anwendung von digitalen Technologien nicht nur zur Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit beitragen, sondern liefert in Zeiten des Klimawandels wichtige Impulse zur Steigerung der Energie- und Kosteneffizienz sowie Ressourcenschonung in Kontext mit einem klimaangepassten Waldmanagement. Der digitale Wandel unterstützt die nachhaltige Entwicklung und den Klimaschutz. (Text gekürzt)
Für eine Erfolgskontrolle nach dem Neubau von Fischaufstiegsanlagen und zur Klärung des Bedarfs der Verbesserung der Durchgängigkeit an bestehenden Anlagen. Dafür wird aus aktuellen Methoden der Funktionskontrolle ein Konzept entwickelt, welches für die Bundeswasserstraßen geeignet erscheint. Die Methoden werden in Naturmessungen optimiert und das Gesamtkonzept der Funktionskontrolle wird an Pilotstandorten geprüft und weiter verbessert. Am Ende soll eine Handlungsempfehlung für die Durchführung und Auswertung von Funktionskontrollen der Fischaufstiegsanlagen erstellt werden.
Die aus der Emission von Schadstoffen aus Schweineställen resultierende Umweltbelastung ist vor allem auf Geruch, Staub, Methan, Kohlendioxid, Ammoniak, Schwefelwasserstoff und über 100 weitere Spurengase zurückzuführen. Zur Minderung dieser Emissionen dient eine Abgasreinigungsanlage, die modular aus einer chemischen Wäsche und einer Biofiltration im Pilotanlagen-Maßstab zusammengesetzt ist. In dem beantragten Projekt werden durch experimentelle und theoretische Untersuchungen die Erlangung von Kenntnissen über grundlegende Zusammenhänge dabei und die weiterführende Minimierung der Schad- und Geruchsstoffkonzentrationen im Abgas angestrebt. Die experimentellen Untersuchungen zur genaueren Charakterisierung des Anlagenverhaltens und der ablaufenden Prozesse gliedern sich in zwei Schwerpunktbereiche: Der erste umfasst die Prozesse im chemischen Wäscher, insbesondere Staubeintrag, -beschaffenheit, -Abscheidegrad und Adsorptionsvermögen des Staubes - dabei steht der Zusammenhang zwischen Staubeintrag und Geruchsminderungsgrad im Mittelpunkt - sowie die Parameterbestimmung für eine Modellierung und Simulation. Der zweite Schwerpunkt liegt auf dem Bereich Langzeitmonitoring der Abgasreinigungsanlage - insbesondere hinsichtlich der Wirkungsgradabhängigkeiten und der Einflussgrößen auf die Verfahrensstabilität. Die Modellierung und Simulation der gesamten Reinigungsanlage durch Adaption verfahrensspezifischer Zusammenhänge soll Vorhersagen für verschiedene apparative Ausgangssituationen und verfahrenstechnische Einstellungen liefern.
Unter einem Biofilm versteht man die Aggregation von Mikroorganismen an einer Oberfläche, die in eine Matrix aus extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) eingebettet sind. Biofilme sind in der Natur weit verbreitet (Boden, Gewässer) und werden im Rahmen der biologischen Abwassserreinigung zum Abbau organischer Wasserinhaltsstoffe eingesetzt. Neben der Stoffwechselaktivität der Mikroorganismen haben insbesondere Stofftransport, Biofilmwachstum und -ablösung einen entscheidenden Einfluß auf die Effektivität des Prozesses. Schichtdicke und Stabilität des Biofilms werden von einer Vielzahl an Prozeßbedingungen (pH, Temperatur, Strömungsbedingungen, Zusammensetzung von Nährmedium und Abwasser) beeinflußt. Da jedoch bisher keine geeignete On-line-Analytik zur Verfügung stand, konnten die Auswirkungen verschiedener Parameter auf den Biofilm nicht ausreichend untersucht werden. Ein im Rahmen des von der DFG geförderten SFB 411 entwickeltes photoakustisches Sensorsystem soll nunmehr zur simultanen Überwachung von Biofilmen an drei Stellen in einem Reaktor eingesetzt werden. Der Einfluß variierendener Prozeßparameter auf Architektur und Stabilität soll untersucht werden, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf Partikelinkorporation und Flockenabriss liegt. Die Ergebnisse des beantragten Projekts könnten einen wesentlichen Beitrag leisten, um die Prozeßsteuerung bezüglich der Biofilmablösung zu verbessern.
Ziel des Projektes ist die Vorhersage von Rissen beim mechanischen Fügen von Materialien mit begrenzter Duktilität und die Bewertung der Risse unter Betriebslasten.
Für die mathematische Beschreibung anaerober Prozesse wurde von der IWA das Anaerobic Digestion Modell No. 1 (ADM1) entwickelt. Das ADM1 berücksichtigt einen allgemein gültigen Satz von Substraten und biochemischen Prozessen und wurde zunächst für die anaerobe Schlammstabilisierung entwickelt. Für die kinetischen Parameter werden Größenordnungen vorgegeben, die jedoch hohe Schwankungen aufweisen. Kalibrierte Stoffdaten und Angaben für die Zulaufcharakterisierung und -fraktionierung unterschiedlicher Abwässer fehlen. Eine Abbildung von reaktorspezifischen Bedingungen zur Behandlung industrieller Abwässer (z.B. für UASB-Reaktoren oder EGSB-Systeme) erfordert den Aufbau von mehrstufigen angepassten Modellen, die neben dem vierstufigen Prozess auch die entsprechenden verfahrenstechnischen Stufen abbilden. Die Ziele des Vorhabens sind:1.Modellentwicklung für verfahrenstechnische Varianten der anaeroben Industrieabwasserbehandlung zur verbesserten Abbildung aller Umsetzungsprozesse (z.B. UASB-Reaktor, zweistufiger Prozess; Verlängerungsphase des Antrages: EGSB-Reaktors, Modellkalibrierung, Übertragbarkeit auf großtechnische Anlagen),2. Bestimmung der wesentlichen Modellparameter und ihren Schwankungsbreiten durch Sensitivitätsanalysen, Kalibrierung und Validierung der Modelle mit Daten aus anaeroben Batchuntersuchungen und kontinuierlich betriebenen anaeroben Laborversuchen,3. Ermittlung von abwasser- und biomassenspezifischen Stoffdaten für eine Fraktionierung der Inhaltsstoffe industrieller Abwässer und von kinetischen Parametern der Biomasse im Rahmen von Laboruntersuchungen zur Anpassung des ADM1.
Problemstellung: Membranfiltrationsverfahren erlebten in der Aufbereitungstechnik von Wässern in den vergangenen 20 Jahren einen starken Zuwachs. Trotz des steigenden Einsatzes bleibt ein Problemfeld kommerzieller Membranen die Anhaftung und die Adsorption deckschichtbildender Substanzen (sogenanntes Fouling). Das Fouling wird im Niederdruckbereich (Mikro- bzw. Ultrafiltation) vornehmlich durch Partikeln und Kolloide (kolloidales Fouling), sowie organische Makromoleküle (organisches Fouling) und Mikroorganismen (Biofouling) verursacht. Bei Hochdruckfiltrationsverfahren wie der Nanofiltration kommt es vornehmlich zur Adsorption gelöster organischer Substanzen sowie zu Biofouling. Maßnahmen zur Fouling Kontrolle reichen von der Vorbehandlung von Wässern, über die hydrodynamische Optimierung der Strömung im Membranmodul bis zur physico-chemischen Anpassung der Oberflächeneigenschaften der eingesetzten Materialien (größtenteils Polymere). Im letzteren Handlungsfeld möchte vorliegendes Forschungsvorhaben offene Fragestellungen zu Wirkzusammenhängen zwischen Ladungseigenschaften der Membranoberfläche, den resultierenden Fouling und Rückhalteverhalten aufklären. Vorgehensweise: Mittels ionengestützter Beschichtung, Plasma Immersions Ionenimplantation und Beschichtung (PBII&D) genannt, wird die Oberflächenleitfähigkeit herkömmlicher Polymermembranen gezielt erhöht. Entsprechend behandelte Membranen werden in verschiedenen wässrigen Lösungen durch definiertes Anlegen eines elektrischen Potentials (- 1,5 V bis 1,5 V) auf das resultierende Fouling- und Rückhalteverhalten hin untersucht. Die Versuchsergebnisse werden mit bekannten Transportmodellen (elektrokinetische Modelle) verglichen und ggf. werden Modellanpassungen durchgeführt. Diese Erkenntnisse werden dazu genutzt, ein Modell zu erstellen, das zur Simulation des Trennverhaltens bei verschiedenen Betriebsbedingungen genutzt werden kann. Ein besseres, umfassendes Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Oberflächenladung der Membran (Zetapotential) und resultierendem Fouling- bzw. Rückhalteverhalten könnte zur gezielten 'potentialgesteuerten Funktionalisierung' von Membranoberflächen eingesetzt werden.
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| Förderprogramm | 2068 |
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| offen | 2068 |
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