Das Projekt "Simulation mehrdimensionaler Stroemungen mit freier Oberflaeche" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Wasserwesen, Lehrstuhl und Laboratorium für Hydraulik und Gewässerkunde durchgeführt. In hydraulischen Berechnungen von Flusslaeufen oder im Kanalnetz wird meist auf eine eindimensionale Betrachtungsweise zurueckgegriffen. Oft stellen sich aber Probleme, bei denen der mehrdimensionale Charakter einer Stroemung von entscheidender Bedeutung ist. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, unter Ausnutzung der Besonderheiten von Stroemungen mit freier Oberflaeche eine Berechnungsmethode aufzuzeigen, mit der praxisrelevante Probleme mit vernuenftigem Rechenaufwand zu loesen sind. So koennen beispielsweise mit Hilfe mehrdimensionaler Berechnungen die Genauigkeit erhoeht, der Wirkungsgrad von Wasserkraftanlagen durch eine Optimierung der Zu- und Ablaufbedingungen verbessert, Wechselwirkungen zwischen Bauwerken und Stroemung bestimmt oder das Gefaehrdungspotential von Hochwasserereignissen in Fluss-Vorlandsystemen besser beurteilt werden. Das betrachtete Stroemungsgebiet wird mit raeumlichen finiten Elementen diskretisiert. Zur Beschreibung des Fliessvorganges kommen die Navier-Stokes-Gleichungen ergaenzt durch ein Turbulenzmodell zur Anwendung. Im Gegensatz zur Beschreibung von Stroemungen mit den Flachwassergleichungen kann so auf die Annahme einer hydrostatischen Druckverteilung verzichtet werden.
Das Projekt "Entwicklung eines Systemmodells fuer die NH3-Emission aus Festmist" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Fakultät für Landwirtschaft und Gartenbau, Institut für Landtechnik Weihenstephan durchgeführt. Umweltbelastungen durch NH3 werden zu einem hohen Prozentsatz Emissionen aus der Tierhaltung zugeschrieben. Waehrend zur NH3-Emission in Fluessigmiststaellen vielfaeltige Erkenntnisse vorliegen, ist das Emissionsgeschehen bei Festmist weitgehend ungeklaert. Es ist jedoch dringend notwendig, Massnahmen der Emissionsminderung zu entwickeln, weil es bereits viele eingestreute Staelle gibt und diese zukuenftig in bestimmten Regionen an Bedeutung gewinnen. Ziel des beabsichtigten Forschungsvorhabens ist es, die NH3-Freisetzung aus Festmist durch Bildung eines Systemmodells mit Hilfe der Finite-Element-Methode zu untersuchen. Zur Entwicklung des Modells kann von bereits vorliegenden Rechenmodellen fuer die NH3-Freisetzung aus Fluessigmist ausgegangen werden. Diese sind fuer die strukturellen Gegebenheiten in einem Festmisthaufen weiterzuentwickeln. Die Bestimmung von Rechenwerten und die Ueberpruefung des Systemmodells erfolgen mit Ergebnissen aus Waermestrom- und Emissionsmessungen, die aus anderen Forschungsvorhaben vorliegen. Die durch Modellsimulation ermittelten wesentlichen Systemgroessen (Einflussgroessen, Prozessparameter) fuehren zu Ueberlegungen, wie durch verfahrenstechnische Massnahmen eine Verringerung der NH3-Emission zu erreichen ist.
Das Projekt "Ertuechtigung des FEM Systems PSU fuer Anwendungen bei der Sicherheitsbewertung von Kernkraftwerken" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik durchgeführt. Fuer die Bewertung der Sicherheit und Verfuegbarkeit von Kernkraftwerken sind moderne numerische Berechnungverfahren (FEM) erforderlich, um die Beanspruchungen und das Versagensverhalten komplizierter Bauteilgeometrien unter komplexen thermomechanischen Belastungen mit realistischen Werkstoffmodellen analysieren zu koennen. Kommerzielle FEM-Systeme werden gerade den besonderen Anforderungen der Bruchmechanik und Schaedigungsmechanik nach neuestem wissenschaftlichen Stand nicht gerecht, so dass weiterhin Eigenentwicklungen der Forschungseinrichtungen im Rahmen zweier Eigenentwicklungen notwendig bleiben. Im Rahmen zweier eng verknuepfter Vorhaben des ISD Stuttgart und des IWM-Freiburg soll das FEM-System PSU erweitert und ertuechtigt werden, um ein leistungsfaehiges Analysewerkzeug fuer die speziellen sicherheitstechnischen Belange in der Kraftwerkstechnik durch Einbeziehung moderner werkstoffmechanischer Konzepte zu schaffen. Das IWM Freiburg uebernimmt dabei die Implementierung bruch- und schaedigungsmechanischer Optionen. Als Ergebnis soll dieses in Quellcode verfuegbare, sehr gut fuer Weiterentwicklungen geeignete und kommerziell unabhaengige FEM-System den Forschungseinrichtungen, Kraftwerksbetreibern und Aufsichtsbehoerden in Deutschland zur Verfuegung gestellt werden.
Das Projekt "Optimierungsstrategien mit der adaptiven FEM (innerhalb des SFB 332)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Laboratorium für Werkzeugmaschinen und Betriebslehre, Lehrstuhl für Werkzeugmaschinen durchgeführt. Fuer den Einsatz faserverstaerkter Kunststoffe spricht neben der hohen Festigkeit und Steifigkeit bei geringem Gewicht die niedrige und in weiten Grenzen einstellbare thermische Ausdehnung. Besonders hochpraezise Komponenten aus dem Maschinenbau, die nur unter thermisch stabilen Bedingungen eine hohe Arbeitsgenauigkeit gewaehrleisten, koennen durch den Einsatz dieser Werkstoffe vom Einfluss innerer und aeusserer Waermequellen unabhaengig gemacht werden. Kompensatorische Massnahmen oder auch der Einsatz in klimatisierten Raeumen werden ueberfluessig. Genauso wie das mechanische Verhalten von Faserverbundkunststoffen durch den Laminataufbau 'konstruiert' werden kann, lassen sich die fuer Kohlenstoff und Aramidfasern charakteristischen negativen Waermeausdehnungskoeffizienten nutzen, um einen Verbundwerkstoff mit dem gewuenschten thermischen Ausdehnungsverhalten zu entwickeln. Im beantragten Zeitraum sollen Strukturoptimierungsverfahren zur Minimierung thermoelastischer Verformungen, Spannungen und Dehnungen unter Beruecksichtigung der Versagensmechanismen in komplexen Bauteilen aus faserverstaerkten Kunststoffen entwickelt und programmtechnisch umgesetzt werden. Variablen der Optimierung sind sowohl die Faserorientierungswinkel der einzelnen Laminatschichten als auch deren Schichtdicken. Das Verformungsverhalten unter statischer Last wird als weiteres wichtiges Kriterium beruecksichtigt.
Das Projekt "Erstellung eines zweistoeckigen Grundwassermodells fuer das Singener Becken/Hegau" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe (TH), Institut für Hydromechanik durchgeführt. Zur Untersuchung von Moeglichkeiten einer verstaerkten Grundwasserentnahme sowie der Auswirkungen von Altlasten wird ein Finite-Element-Stroemungsmodell zur Beschreibung der Grundwasserstroemung in zwei Grundwasserstockwerken erstellt. Die Grundwasserstockwerke stehen ueber mehrere hydraulische Fenster sowie ueber eine weniger durchlaessige Zwischenschicht miteinander in Verbindung. Im oberen Grundwasserstockwerk gibt es ausgepraegte Wechselwirkungen mit Oberflaechengewaessern, das untere wird durch Karstwasserzufluesse gespeist. In einer Voruntersuchung sind die hydrologischen Groessen (u.a. die Grundwasserneubildung) ermittelt worden. Nach Abschluss der Modelleichung sind die numerischen Berechnungen von Schadstoffausbreitungen geplant.
Das Projekt "Ressourcenbewusste Optimierung von Bauteilen durch konstruktive Massnahmen (Teilprojekt des SFB 144)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Laboratorium für Werkzeugmaschinen und Betriebslehre, Lehrstuhl für Werkzeugmaschinen durchgeführt. Im Rahmen dieses Vorhabens werden Methoden und Verfahren zur belastungsgerechten Auslegung von Bauteilen entwickelt und softwaretechnisch realisiert. Diese Verfahren bauen auf die Methode der finiten Elemente sowie leistungsfaehigen Optimierungsalgorithmen auf. Ziel der Berechungen ist die Minimierung des Bauteilgewichtes unter Einhaltung von Nebenbedingungen bezueglich der maximal zulaessigen Bauteilverformungen und -spannungen. Dieses Ziel wird durch eine Aenderung der Bauteilgestalt angestrebt. Durch die Optimierung werden bei der Herstellung Ressourcen und - bei bewegten Bauteilen - im spaeteren Betrieb Energien eingespart. Die Einsparungspotentiale werden in einem anderen Teilprojekt dieses SFB quantifiziert.
Das Projekt "Erstellung eines zweistoeckigen Grundwassermodells fuer das Achtal/Hegau" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe (TH), Institut für Hydromechanik durchgeführt. Zur Untersuchung wasserwirtschaftlicher Problemstellungen im Grundwasserbereich wird ein zweistoeckiges stationaeres und anschliessend instationaeres Grundwassermodell erstellt. Zur Erfassung der sehr komplizierten geometrischen Gegebenheiten hat sich die verwendete Finite-Elemente-Diskretierung, als sehr geeignet herausgestellt. Die Grundwasserstockwerke stehen ueber ein hydraulisches Fenster sowie ueber eine weniger durchlaessige Zwischenschicht miteinander in Verbindung. Im oberen Grundwasserstockwerk gibt es Wechselwirkungen mit Oberflaechengewaessern, die Stroemung im unteren wird durch Karstwasserzufluesse beeinflusst. In einer Voruntersuchung sind die hydrologischen Groessen im Untersuchungsgebiet ermittelt worden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Oeko-Lautsprecher" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Harman Audio Electronic Systems durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines permanentmagnetischen Lautsprechers. Das Magnetsystem besteht aus einem radial magnetisierten Neodymring als Polplatte. Dadurch wird ein geringes Streufeld realisiert, wobei auf die ueblichen Abschirmmassnahmen verzichtet werden kann. Ebenso laesst sich ein hoeherer Wirkungsgrad erzielen. FEM kommt hierfuer ebenso zum Einsatz, wie fuer eine optimale Auslegung des Schwingsystems sowie der Abstimmung des Lautsprechers im Gehaeuse. Die Magnetisierung am Band muss fuer Radialmagnete neu entwickelt werden. Beim Schwingsystem sollen chlor-und loesungsmittelfreie Klebstoffe, phenolharzfreie Zentriermembranen, sowie evtl. biologisch abbaubare Membranen zum Einsatz kommen. Neben den Klebeverbindungen ist die Verbindungstechnik so zu gestalten, dass ein leichtes Trennen der einzelnen Komponenten ermoeglicht wird. Das Magnetsystem soll wiederverwendet, der Korb wiederverwendet und das Schwingsystem entsorgt werden.
Das Projekt "Mathematisch-numerisches Grundwassermodell Rurscholle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Lehrstuhl und Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft durchgeführt. Im Bereich des Rheinischen Braunkohlereviers werden die Grundwasservorraete durch die Suempfungsmassnahmen des Bergbaus erheblich ueberbeansprucht. Weiterreichende Absenkungen mit Gefahren fuer die Umwelt und fuer die Wasserwirtschaft sind die Folge. Im Rahmen der Planung zukuenftiger Braunkohlentagebaue sowie der damit verbundenen Grundwasserbewirtschaftungsmassnahmen wurde ein mathematisch-numerisches Grundwassermodell fuer die Rurscholle erstellt. Neben dem Grundfall, der die Bewirtschaftung gemaess heutiger Planung beschreibt, wurden alternative Massnahmen zur Grundwasserschonung untersucht: Verzicht auf einen Teil des Tagebaus zur zeitlichen Begrenzung der Eingriffe, Ersatz von Wasserrechten durch Suempfungswasser, Bau von Schmalwaenden zum Schutz der Flussauen, Wiederanreicherung der Sickergalerien. Die Simulationsergebnisse zeigen anschaulich die Wirkungsweise und die Auswirkungen der untersuchten Massnahmen. Darueber hinaus bilden sie eine Grundlage fuer deren Weiterentwicklung und sinnvolle Kombination im Hinblick auf eine optimale Bewirtschaftung des intensiv genutzten Grundwasserreservoirs der Rurscholle. Im Rahmen einer zweiten Aktualisierungsrechnung wurde das Modell neu kalibriert. Weiterhin wurden 6 verschiedene Bewirtschaftungsmassnahmen simuliert. Ua wurde der Einfluss der Wasserwerke, Leakage-Randbedingungen, Tagebaukippe und Restsee untersucht.
Das Projekt "Geraeuschanregung durch die Einspritzpumpe" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Lehrstuhl für Angewandte Thermodynamik und Institut für Thermodynamik durchgeführt. Die fuer die Geraeuschentstehung bei Dieselmotoren wichtigen Interaktionen zwischen der Einspritzpumpe, ihrer Halterung auf der Motorblockstruktur und ihrem Antrieb sind wegen der komplizierten Zusammenhaenge noch nicht in allen Details bekannt. Forschungsziel ist die Erklaerung von Geraeuschentstehungsmechanismen mit Einspritzpumpenbeteiligung auf der Basis von Experimenten und Rechenmodellen sowie Erarbeitung von Geraeuschminderungsmassnahmen. Nach der Ermittlung der Geraeuschanteile verschiedener Einspritzpumpen wurden Pumpenbefestigungsorte auf der Motorblockstruktur mit hoher Eingangsimpedanz rechnerisch (FEM) ermittelt. Zur Realisierung des Pumpenantriebs mit derartiger Pumpenbefestigung wird eine Zwischenwelle benoetigt. Schleppuntersuchungen mit blockseitig befestigter, versetzter Einspritzpumpe unter Verwendung einer Zwischenwelle zeigen Pegelreduzierungen von 7 dBA auf Basis von Koerperschallmessungen. Durch die Verwendung der Zwischenwelle wurde das dynamische Verhalten des Stirnradgetriebes und somit seine Akustik verschlechtert. Aus diesem Grund wurden mit Hilfe eines Simulationsprogramms der Antrieb der Einspritzpumpe nachgebildet und Massnahmen zu seiner dynamischen Optimierung bei Verwendung einer Zwischenwelle berechnet. Die Erhoehung des Massentraegheitsmomentes der Zahnraeder zum Beispiel fuehrt zu einem Antriebsgeraeusch, mit dem das Niveau ohne Zwischenwelle erreicht wird. Somit kann das Geraeuschverbesserungspotential durch blockseitige Pumpenbefestigung genutzt werden. Die Forschungsergebnisse fuehren zur Verbesserung des Geraeuschverhaltens von Dieselmotoren durch akustisch optimierte Bauteile wie Einspritzpumpenhalterung/-telstaendischen Maschinenbaus (z.B. Kolbenarbeitsmaschinen, Getriebe, Ventiltriebe und -antriebe) moeglich.
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| Bund | 25 |
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| Förderprogramm | 25 |
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