API src

Found 461 results.

Other language confidence: 0.7391335174470249

Chaotische Advektion in porösen Medien: Die Suche nach experimentellen Beweisen

Das Mischen von Flüssigkeiten ist in vielen Bereichen der Wissenschaft und Technik von größter Bedeutung. In porösen Medien sind Mischprozesse normalerweise ineffizient. Eine Verbesserung der Durchmischung kann potenziell durch eine Verbesserung der Schadstofffahnenverformung durch Dehnung und Faltung des Strömungsfeldes unter Verwendung von Injektions-Extraktions-Systemen oder in Systemen, die von Natur aus eine komplexe instationäre Dynamik aufweisen, wie z.B. die Wirkung von Gezeiten, erreicht werden. Frühere Studien wurden auf mehreren räumlichen Skalen (d.h. Poren-, Darcy-, Feld- und Regionalskala) durchgeführt, wobei hauptsächlich theoretische und Modellierungsansätze verwendet wurden. Experimentelle Studien hingegen, die unterkontrollierten Bedingungen durchgeführt wurden, sind nur spärlich vorhanden. Das vorgeschlagene Forschungsprojekt zielt darauf ab, die Auswirkungen der chaotischen Advektion auf den Transport gelöster Stoffe in gesättigten porösen Medien unter kontrollierten Laborbedingungen experimentell nachzuweisen. Die experimentellen Arbeiten werden von der Entwicklung neuer fortschrittlicher numerischer Methoden begleitet, die in der DUNE-Umgebung (Distributed Unified Numerics Environment) entwickelt werden, um eine genaue modellgestützte Interpretation der Ergebnisse zuermöglichen. Darüber hinaus werden auch multiparametrische Studien durchgeführt, um die realistischen Szenarien zu untersuchen, die den Rahmen von Laborexperimenten sprengen. Dieses Forschungsprojekt ist innovativ, da folgende Punkte untersuchtwerden: 1) Die Auswirkung der nichtlinearen Geschwindigkeitsabhängigkeit der Dispersion und des Nicht-Fick‘schen Transports im Allgemeinen auf die chaotische Advektion; 2) Die Auswirkung der unvollständigen Vermischung auf der Porenskala auf die effektive Vermischungsverstärkung durch chaotische Advektion; 3) Die Auswirkung der Verzögerungs- und Dichteeffekte, die den Transport von gelösten Stoffen chemisch-relevanter Spezies beeinflussen, auf die durch chaotische Advektion erzielte Vermischungsverstärkung; 4) Die Auswirkung der chaotischen Advektion auf reaktiven Transport. Darüber hinaus zielen wir darauf ab, die fehlende Verbindung zwischen den Metriken, die die chaotische Advektion und die Vermischung auf der Darcy-Skalabeschreiben, herzustellen. Dies kann durch eine modellgestützte Interpretation der in diesem Forschungsprojekt gesammelten experimentellen Ergebnisse erreicht werden.

ROCKFLOW - Numerische Simulation von Stroemung, Stoff- und Waermetransport im Festgestein

Fuer zahlreiche Fragestellungen im Zusammenhang mit der Deponierung von Abfaellen, der Altlastensanierung, der Grundwassergewinnung und der Nutzung geothermischer Energie sind Modelluntersuchungen im Kluftgestein durchzufuehren. Dabei sind einerseits geringleitende Formationen fuer die Deponierung von Interesse, die eine wirksame geologische Barriere zur Isolierung von Schadstoffen bilden, andererseits geht es um die Bewirtschaftung von Aquiferen zur Grund- und Thermalwassergewinnung. Die Simulation von Stroemungs- und Transportprozessen in klueftig-poroesen Grundwasserleitern und Grundwassergeringleitern stellt spezifische Anforderungen an die modelltechnische Umsetzung, die aus der signifikanten Inhomogenitaet des klueftigen Untergrunds erwachsen. Zur numerischen Simulation solcher Vorgaenge ist das Finite-Elemente-Programmsystem ROCKFLOW entwickelt worden. Das Programm besteht aus einer Reihe von FE-Rechnenkernen (Kernels), welche die prozessspezifischen Differentialgleichungen mittels Galerkin-FEM approximieren. Diese Rechenkerne sind miteinander verknuepfbar (Models), so dass gekoppelte Prozesse (z.B. Tracertransport durch eine Gasstroemung) simuliert werden koennen. Physikalische Prozesse: Folgende physikalische Prozesse sind modellierbar: - Grundwasserstroemung (Sicker- und Kluftstroemung) - Gasstroemung (kompressible Fluide) - Mehrphasenstroemungen (Systeme aus in- und kompressiblen Fluiden) - nicht- (Forchheimer) und liniare Fliessgesetze (Darcy) - hydrodynamische Dispersion (Scheidegger-Ansatz) - Zerfallreaktionen - nicht- (Freundlich, Langmuir) und lineare Gleichgewichtssorption (Henry) - Dichtestroemungen. Numerik: ROCKFLOW ist ein Finite-Elemente-Simulator, wobei verschieden-dimensionale isoparametrische Elemente beliebig im Raum koppelbar sind. Auf der Basis der Methode der gewichteten Residuen wird eine zur prozessbeschreibenden Differentialgleichung aequivalente sog. 'schwache' Integralformulierung abgeleitet. Es stehen verschiedene Loeser zur Verfuegung (Gauss, BiCGSTAB, QMRCGSTAB), um die resultierenden albebraischen Gleichungssysteme zu loesen. Nichtlineare Probleme werden mit Picard- oder Newton-Verfahren behandelt. Gitteradaption: Ab der dritten Version stehen Methoden fuer eine problemangepasste Gitteradaption zur Verguegung. Der Algorithmus zur Gitteradaption basiert auf einem hierarischen Konzept zur Verfeinerung und Vergroeberung gekoppelter verschieden-dimensionaler Elemente. Diskretisierungsfehler koennen entweder mit heuristischen Indikatoren oder einem analytischem Estimator lokalisiert und quantifiziert werden.

Verhalten von Schadstoffen in geologischen Systemen (Boden und Grundwasser)

Ziele: 1. Bestimmung effektiver Transportparameter wie Dispersion und hydraulische Leitfaehigkeit aus kleinskaligeren Modellen. 2. Identifikation charakteristischer Parameter zur Beschreibung von Adsorption und Desorption loeslicher Substanzen am bzw. vom Sediment. 3. Rekonstruktion von Fliesswegen und Transportgroessen aus geophysikalischen Messungen. 4. Analyse der Transportprozesse in Batch- und Saeulenversuchen (im Labor) und im Feldmassstab (Versuchsgelaende mit 72 Grundwassermessstellen). 5. Entwicklung von Softwarepaketen zur Simulation des Verhaltens von Schadstoffen in Grundwasserleitern, die sowohl fuer UNIX Umgebungen als auch fuer die Parallelrechner des Forschungszentrums verfuegbar sind. Auf Grund ihrer komplementaeren Eigenschaften kommen hierbei sowohl 'Finite Elemente (FE)' als auch 'Partide-Tracking' zum Einsatz.

Energieeffiziente, sichere und leistungsfähige Kommunikationsinfrastruktur im Metro- und Kernnetz für die hypervernetzte Gesellschaft, Energieeffiziente, sichere und leistungsfähige Kommunikationsinfrastruktur im Metro- und Kernnetz für die hypervernetzte Gesellschaft - HYPERCORE

CO2 Mofetten - Überwachung natürlicher CO2 Emissionen unter Verwendung eines Netzwerks aus low-cost Sensoren

Im beantragten Forschungsvorhaben wird der natürliche Austritt von Kohlenstoffdioxid (CO2) aus Mofetten im Eyachtal zwischen Horb und Rottenburg untersucht. CO2 kann sich in der bodennahen Atmosphäre ansammeln und in entsprechender Konzentration für Mensch und Tier gefährlich werden. Die im Eyachtal austretenden Mengen wurden bislang nicht zuverlässig quantifiziert. Darüber hinaus ist CO2 ein Treibhausgas und steht im Zusammenhang mit dem weltweiten Klimawandel. Ähnliche und auch größere Quellgebiete existieren an verschiedenen Orten der Welt. Der quantitative Einfluss dieser natürlichen geologischen Gasquellen auf den Gashaushalt der Erde ist unbekannt, da auch die Menge des ausströmenden CO2 nicht bekannt ist.Ziel des Vorhabens ist die Überwachung der natürlichen CO2 Austrittsquellen sowie der umgebenden Atmosphäre im Eyachtal. Die Messdaten dienen der Bilanzierung der Austrittsmengen sowie die Ermittlung der horizontalen und vertikalen Flüsse im Versuchsgebiet. Hierbei wird auch die zeitliche Veränderung dieser Austritte erfasst.Zu diesem Zweck soll ein mikro-meteorologisches Messsystem (Eddy-Covariance Station) in Kombination mit einem verteilten Netzwerk aus vielen kostengünstigen CO2 Sensoren installiert werden. Ein solches Netzwerk kann die inhomogene Verteilung der Austritte sowohl zeitlich als auch räumlich erfassen. Die Verwendung von kostengünstigen Sensoren erlaubt den Betrieb einer größeren Anzahl von Sensoren und damit verbunden eine größere räumliche Abdeckung.In den letzten Jahren hat die Arbeitsgruppe Umweltphysik der Universität Tübingen eine neue Methode entwickelt, CO2 mit günstigen Sensoren in Bodennähe zu messen. Ein Nachteil der kostengünstigen Sensoren liegt in der (im Vergleich zu hochwertigen Sensoren) geringeren absoluten Messgenauigkeit. Die EC Station dient daher als Referenz, um die erreichbare Genauigkeit und Langzeitstabilität des Sensornetzes zu bewerten, die günstigen Sensoren zu kalibrieren und den turbulenten Transport des CO2 zumindest an einer Stelle direkt zu messen. Für ein vollständiges Netzwerk müssen die CO2 Sensoren noch mit geeigneten Feuchte- und Temperatursensoren ergänzt werden. Die entsprechende Hardware muss beschafft und schrittweise aufgebaut werden.Im Projekt soll ein Netzwerk aus z.B. 64 Sensoren aufgebaut werden, das die räumliche und zeitliche Verteilung des CO2 im Untersuchungsgebiet experimentell bestimmt. Die Beschaffung der Geräte ist bereits von der Alfred-Teufel Stiftung finanziert. Die Messungen werden über eine Datenbank mit Internet Schnittstelle auch der wissenschaftlichen Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt.Das Vorhaben gliedert sich in zwei Projektphasen von je drei Jahren Dauer, beantragt wird die erste Phase. In der 2. Phase ist die numerische Simulation der CO2 Ausbreitung und die Übertragung der Methode auf andere Regionen vorgesehen.

Integrierte Kontrolle von Tomatenschädlingen, unter besonderer Berücksichtigung der biologischen Bekämpfung von Thripsen

Im Teilprojekt 1 von P1 sollen Möglichkeiten zur integriert-biologischen Kontrolle tierischer Schädlinge (Lepidopterenarten, Weiße Fliegen, Blattläuse, Thripse) in Tomatenkulturen Thailands untersucht werden. Im Vordergrund steht die Nutzung geschützter Anbaubedingungen (Netzhäuser mit Foliendächern), um einerseits die Dispersionsdynamik und Orientierung (Wirtswahl) einzelner Schädlingsarten zu manipulieren und um andererseits wie in Mitteleuropa einen effektiveren Einsatz von Nutzorganismen (Makro- und Mikroorganismen) zu ermöglichen. Zudem ist die Eignung selektiver Pflanzenschutzmittel (e.g. Neem, Bt) für das System zu überprüfen. Im Vordergrund steht die Optimierung, Systemadaptierung und Integration bewährter und vielversprechender Ansätze. Zur Entwicklung und Bewertung des Systemansatzes bei Verknüpfung mit anderen Projekten der Forschergruppe ist neben spezifischen Teiluntersuchungen ein Zentralversuch geplant, der die Ergebnisse kontinuierlich 'lernend' zusammenführt. Im 2. Teilprojekt sollen grundlagenorientierte Studien zur Populationsdynamik von Tripsen durchgeführt und neue Verfahren der biologischen Kontrolle mittels Parasitoiden gegenüber oberirdischen sowie räuberischen Bodenmilben und entomopathogenen Nematoden und Pilzen gegen Bodenstadien entwickelt und erprobt werden. In enger Kooperation mit P5 soll das Potential biologischer Maßnahmen für eine Reduktion des Vektorpotentials der Thripse untersucht werden. Als Kooperationspartner wird Dr. Banpot Napompeth vom National Biological Contral Research Center für die Selektion, Zucht und Effizienzprüfung von Parasitoiden und Prädatoren gegenüber Weißen Fliegen, Blattläusen und Thripsen verantwortlich zeichnen.

Energieeffiziente Herstellung von PEEK-Beschichtungen auf schweren Gleitlagern für Windkraftanlagen, Teilvorhaben: Laserverfahrensentwicklung PEEK

Windenergieanlagen sind zentral für die Energiewende. Wirtschaftlich betrachtet, müssen die Stromgestehungskosten minimiert werden, was kosteneffiziente, hochproduktive und wartungsarme Anlagen voraussetzt. Heutige Komponenten sind auf eine Betriebsdauer von 20 Jahren ausgelegt. Neben der Energieeffizienz in der Anwendung ist auch die energieeffiziente Herstellung der Anlagenkomponenten entscheidend. Beispielsweise werden schwere Gleitlager (bis zu einer Tonne) mit reibmindernden Beschichtungen versehen. Um gesundheitsschädliche Blei-Bronze-Legierungen zu ersetzen, werden Beschichtungen aus Polyetheretherketon (PEEK) verwendet. PEEK hat hervorragende reibmindernde Eigenschaften, hohe Dauergebrauchstemperatur (250 °C), große chemische Beständigkeit und mechanische Festigkeit (smax = 105 MPa) und ist daher für hochbeanspruchende Anwendungen geeignet. Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Verfahrens zur laserbasierten Herstellung von 1 mm dicken PEEK-Schichten auf großen Gleitlagern für die Windenergietechnik. Aktuell gibt es schwere Gleitlager aus PEEK, die in Form von 2 mm dicken Platten auflaminiert und danach abgefräst werden. Diese Technik ist für nicht-plane und komplexere Geometrien ungeeignet. Ein neuer Ansatz sieht vor, PEEK in Form einer Dispersion auf das Bauteil zu applizieren und es anschließend im Ofen auf ca. 400 °C zu erhitzen, bis das PEEK eine geschlossene Schicht bildet. Diese Methode erfordert enorme Energiemengen, da die schweren Bauteile mehrfach auf 400 °C erhitzt werden müssen. Die Öfen werden meist mit Gas beheizt, was aufgrund der aktuellen Gasknappheit zusätzliche hohe Kosten verursacht. Durch das, in diesem Projekt entwickelte sollen deutliche Energie- und Zeitersparnisse realisiert und für die wirtschaftliche Verwertung nutzbar gemacht werden.

Energieeffiziente Herstellung von PEEK-Beschichtungen auf schweren Gleitlagern für Windkraftanlagen, Teilvorhaben: Zerstörungsarme Methoden der Kunststoffprüfung zur quantitativen Analyse von Beschichtungen auf gekrümmten Bauteilen

Windenergieanlagen sind zentral für die Energiewende. Wirtschaftlich betrachtet, müssen die Stromgestehungskosten minimiert werden, was kosteneffiziente, hochproduktive und wartungsarme Anlagen voraussetzt. Heutige Komponenten sind auf eine Betriebsdauer von 20 Jahren ausgelegt. Neben der Energieeffizienz in der Anwendung ist auch die energieeffiziente Herstellung der Anlagenkomponenten entscheidend. Beispielsweise werden schwere Gleitlager (bis zu einer Tonne) mit reibmindernden Beschichtungen versehen. Um gesundheitsschädliche Blei-Bronze-Legierungen zu ersetzen, werden Beschichtungen aus Polyetheretherketon (PEEK) verwendet. PEEK hat hervorragende reibmindernde Eigenschaften, hohe Dauergebrauchstemperatur (250 °C), große chemische Beständigkeit und mechanische Festigkeit (smax = 105 MPa) und ist daher für hochbeanspruchende Anwendungen geeignet. Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Verfahrens zur laserbasierten Herstellung von 1 mm dicken PEEK-Schichten auf großen Gleitlagern für die Windenergietechnik. Aktuell gibt es schwere Gleitlager aus PEEK, die in Form von 2 mm dicken Platten auflaminiert und danach abgefräst werden. Diese Technik ist für nicht-plane und komplexere Geometrien ungeeignet. Ein neuer Ansatz sieht vor, PEEK in Form einer Dispersion auf das Bauteil zu applizieren und es anschließend im Ofen auf ca. 400 °C zu erhitzen, bis das PEEK eine geschlossene Schicht bildet. Diese Methode erfordert enorme Energiemengen, da die schweren Bauteile mehrfach auf 400 °C erhitzt werden müssen. Die Öfen werden meist mit Gas beheizt, was aufgrund der aktuellen Gasknappheit zusätzliche hohe Kosten verursacht. Durch das, in diesem Projekt entwickelte Verfahren sollen deutliche Energie- und Zeitersparnisse realisiert und für die wirtschaftliche Verwertung nutzbar gemacht werden.

Partielle Umkehrbarkeit der Dispersion in heterogenen porösen Medien

Beim Stofftransport in heterogenen porösen Medien unterscheidet sich die Spreizung einer Stoffwolke, die ihre zunehmende Ungleichförmigkeit misst, von der Mischung, die den Stoffaustausch der Wolke mit ihrer Umgebung quantifiziert. Der erste Prozess geht dem zweiten voraus, aber nur der zweite ermöglicht durchmischungskontrollierte Reaktionen. Es fehlen Theorien, die sowohl die großskalige nicht-Ficksche Spreizung als auch die Mischung gut beschreiben. Die bestehenden Theorien geben auch keine praktischen Hinweise, welche großskaligen konservativen Transportexperimente geeignet sind, um die Mischung zu quantifizieren. Das Projekt nützt aus, dass die kinematische Verformung von Wasserpaketen in heterogenen porösen Medien vollständig umkehrbar ist, wohingegen die diffusive Vermischung irreversibel ist. Die Wechselwirkung zwischen Deformation und kleinskaliger Mischung beim Stofftransport in solchen Medien bewirkt eine partielle Umkehrbarkeit der Spreizung: Nach einer Flussumkehr nimmt die räumliche Ausdehnung einer Stoffwolke ab, erreicht aber nicht den ursprünglichen Ausgangszustand. Das Projekt analysiert zweite Zentralmomente von Stoffwolken (, deren halbe zeitliche Veränderung Dispersionskoeffizienten definieren,) in heterogenen porösen Medien mit makroskopisch gleichförmiger Strömung, die umgekehrt wird. Der irreversible Anteil der Dispersion nach gleicher Zeit der Vorwärts- und Rückwärtsbewegung wird als Maß für die Mischung angenommen. In nicht-radialen “push-pull” Experimenten wird die Varianz der Durchbruchskurve der zurückkommenden Stoffwolke im Zugabe/Entnahme-Querschnitt betrachtet. Die Untersuchungen umfassen Particle-Tracking Random-Walk Simulationen in 3-D virtuellen Medien, stochastische Störungsmethoden für die theoretische Analyse räumlicher Momente, einen neuen korrelierten Continuous-Time Random-Walk Ansatz mit Erinnerung vorangegangener Schritte und zufälligem Austausch mit dem Mittelwert für die Analyse zeitlicher Momente sowie Tracerexperimente in einem ca. 2m × 1m quasi 2-D Versuchsbehälter mit Fluiden, die den gleichen Brechungsindex wie Glas haben, um die Detektion mittels Lichttransmission zu optimieren. Die Experimente erfassen auch die Durchbruchskurven der zurückkehrenden Tracer. Es wird vermutet, dass die lineare stochastische Theorie die Ensemble- und effektiven Momente bei kleiner Heterogenität gut vorhersagen. Die Erhöhung der inversen Péclet-Zahl, der Stärke der Heterogenität und der Anisotropie sollte den irreversiblen Anteil der Dispersion erhöhen. Es wird erwartet, dass die zweiten Zentralmomente nach Strömungsumkehr abnehmen und wieder zunehmen, bevor die Ausgangsposition der Wolke erreicht wird. Die Schrumpfungszeit und der reversible Anteil der Ensemble-Dispersion sollte mit der lokalen Péclet-Zahl skalieren. Das Projekt entwickelt neue theoretische und experimentelle Ansätze um Spreizung von Mischung in heterogenen porösen Medien zu unterscheiden, was das Verhalten reaktiver Stoffe kontrollieren kann.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1374: Biodiversitäts-Exploratorien; Exploratories for Long-Term and Large-Scale Biodiversity Research (Biodiversity Exploratories), Teilprojekt: Auswirkungen der Landnutzung auf die Variation trophischer Nischen über taxonomische Gruppen und trophische Ebenen hinweg

Die Biodiversität wird durch organismische Unterschiede in der Aufnahme, Verwertung und Allokation von Nährstoffen geprägt. Die trophischen Nischen der Verbraucher hängen vom Spektrum der in der Landschaft verfügbaren Nahrungsressourcen ab, mit Kaskadeneffekten von niedrigeren zu höheren Ebenen in Nahrungsnetzen. In TrophNiche möchte ich die Auswirkungen von Landnutzung und Ressourcenverfügbarkeit auf Variation, Positionen und Überschneidungen in trophischen Nischengrößen für verschiedene taxonomische und funktionelle Gruppen über trophische Ebenen (z. B. Verbraucher, Bestäuber, Parasitoide) berechnen und vergleichen. Das Projekt besteht aus (i) einer Synthese bestehender Daten in der Datenbank Bexis (ca. 170 Datensätze) und (ii) einer Feldstudie in den drei Regionen der Biodiversitätsexploratorien, um unterrepräsentierte Organismen zu sammeln und trophische Verbindungen durch Analyse zu vervollständigen ihr stabiles Isotopenprofil. Als Vorarbeit habe ich in Zusammenarbeit mit den Autoren bestehende Datensätze aus früheren Projekten identifiziert und zusammengefasst. Diese Datensätze enthalten Informationen zu Interaktionen bei der Nahrungssuche (z. B. Metabarcoding von Darminhalt und Pollen, Beobachtungsaufzeichnungen von Verbraucherressourcen) und stöchiometrische Daten (z. B. Ernährungsprofile, stabile Isotope). Mit ihnen werde ich die ökologische Nische von Arten anhand von Isotopenposition, Reichhaltigkeit, Divergenz, Gleichmäßigkeit und Dispersionsindizes, Disparität und n-dimensionalen Hypervolumina berechnen, abhängig von den Quelldaten.Die Feldstudie wird Lücken in trophischen Verbindungen für wichtige wirbellose Arten schließen, die in der Datenbank fehlen (z. B. Ameisen, Blattläuse, Parasitoide, Heuschrecken) und Pflanzen, die mit ihnen in den Nahrungsnetzen von Grasland assoziiert sind. Fehlende Arten werden in den 150 Grünlandparzellen der Exploratorien gesammelt und für jede von ihnen werden Signaturprofile für stabile C- und N-Isotope analysiert. Artenisotopensignaturen werden in einem Biplot dargestellt, um trophischen Nischen über trophische Ebenen hinweg entlang eines ökologischen Landnutzungsgradienten analytisch zu bewerten.Ich gehe davon aus, dass bei reduzierter Ressourcenvielfalt und -verfügbarkeit in intensiv bewirtschafteten Flächen die Größe und Variation der trophischen Nischen ebenfalls geringer sein und mit der Intensität der Landnutzung abnehmen werden. Dieser neuartige Datensatz wird die bestehenden ergänzen und zusammen werden sie neue Einblicke in Kaskadeneffekte in Nahrungsnetzen aufgrund von Landnutzungsmanagement ermöglichen. TrophNich ist eine systemweite Integration über trophische Ebenen in Landschaften, die aufgrund der Landnutzung unter Stress stehen, die wertvolle Einblicke in die zugrunde liegende Dynamik von organismischen Interaktionen und die Ökologie der Landnutzung liefern wird.

1 2 3 4 5 … 45 46 47