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 "Erfassung und Bewertung des Einflusses turbulenter Feuchteflüsse auf die Turbulenz in Offshore Windparks" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Sondervermögen Großforschung, Institut für Meteorologie und Klimaforschung - Atmosphärische Umweltforschung (IMK-IFU) durchgeführt. Bei diesem Einzelvorhaben mit Unterauftrag an das DEWI in Wilhelmshaven sollen Geräte für eine schnelle Feuchtemessung parallel zu den Ultraschallanemometern an der FINO 1-Plattform installiert und in Betrieb genommen werden. An einigen Windturbinen im Testfeld Alpha Ventus wird die Turbulenz zudem mit Lidar-Scanner-Systemen erfasst. Aus den Wind- und Feuchtefluktuationsmessungen werden Spektren berechnet und vertikale turbulente Feuchteflüsse berechnet und ihr Einfluss auf die statische Stabilität der Luft und die damit verbundene atmosphärische Turbulenz bestimmt. Aus den Lidar-Daten wird auch die räumliche Struktur der Turbulenz analysiert. Es wird geprüft, in wie weit die Turbulenzparametrisierung in numerischen Windfeldmodellen damit verbessert werden kann. Zudem wird der Einfluss dieser Informationen auf die Abschätzung von Stärke und Länge des Nachlaufs hinter einzelnen Turbinen und hinter ganzen Windparks analysiert. Es wird erwartet, dass die Ergebnisse die Last- und Ermüdungsabschätzungen für Offshore-Windturbinen auf eine bessere Basis stellen. Numerische Windfeldmodelle können im Bereich der Turbulenzmodellierung weiter verbessert werden und Nachlaufberechnungen hinter Windturbinen und -parks werden sicherer. Damit kann die Auslegung von offshore Windparks und deren Einbindung in gesamteuropäische Stromnetze optimiert werden.
Das Projekt "Offshore Messboje - Entwicklung einer integrierten Messboje für die Messung von Umweltbedingungen an Offshore Windparks" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme, Standort Bremerhaven durchgeführt. In dem Projekt 'Offshore Messboje' soll ein innovatives Messsystem zur Bestimmung von Umweltbedingungen (primär Winddaten) für Offshore-Windparks entwickelt und als Prototyp realisiert werden. Die Messboje stellt dabei eine im Vergleich zu Wind-Messmasten - als Stand der Technik für Windmessungen an Land - für die Offshore-Anwendung erheblich flexiblere und v.a. kostengünstigere Lösung dar. Kern und wesentliche Innovation des Systems ist die Verwendung von LIDAR-Messtechnik und deren Integration in eine Boje. Eingesetzt werden soll die fertige Messboje sowohl für Langzeitmessungen für Offshore-Standortbewertungen sowie zur Bewertung der eingespeisten Windleistung, aber auch für kürzere Messungen zur Überprüfung von Leistungskurven von einzelnen Windenergieanlagen oder ganzen Windparks.
Das Projekt "Entlandungskonzept Unterbecken PSW Glems" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung durchgeführt. In Folge des langjährigen Betriebs des PSW Glems haben sich vor dem Einlauf des Grundablasses erhebliche Sedimentablagerungen gebildet, die ein Setzen der Revisionsverschlüsse verhindern. Um Revisionsarbeiten und Nachrüstungen im Bereich des Grundablasses zu ermöglichen, muss das angelandete Material in einem ersten Schritt entfernt und nachfolgend sichergestellt werden, so dass ein erneutes Zusetzen der Verschlüsse durch Sedimente weitgehend unterbunden wird. Gegenwärtig sind die Zusammenhänge, die zur Sedimentanlagerung in diesem Bereich führen, nicht eindeutig rekonstruierbar. Möglich ist, dass durch den Pump- und Turbinenbetrieb ein Makrowirbel entsteht, der die Feststoffe bevorzugt in den Bereich des Grundablasses verdriftet, wo sich ein Teil absetzt. Ebenfalls ungeklärt ist bislang, welchen Einfluss die weiteren Zuflüsse haben, die bei starken Niederschlägen im Einzugsgebiet ebenfalls nicht unerhebliche Mengen an Sedimenten eintragen könnten. Außerdem gilt es, die Wirkung der Vorsperre hinsichtlich der Reduzierung des Sedimenteintrags zu beurteilen. Die Entlandung eines Speicherbeckens ist eine komplizierte und vielschichtige Aufgabe. Zu beachten sind wasser-, naturschutz-, abfall- und immissionsschutzrechtliche Vorgaben und Einschränkungen sowie Betreiberinteressen. Zur Erzielung eines aus Sicht des Auftraggebers (AG) optimierten Ergebnisses hinsichtlich Kosten, Zeitrahmen und betrieblicher Eingriffe ist eine Vorbereitung in Form einer ingenieurmäßigen Planung unerlässlich. Im Allgemeinen empfiehlt sich, in Anlehnung an den DWA-Themenband Entlandung von Stauräumen , die Unterteilung des Vorhabens in mehrere Planungsphasen, um z. B. auf der Basis der erhobenen Grundlagendaten zunächst diejenigen Entlandungsvarianten zu ermitteln, die sich den örtlichen und betrieblichen Bedingungen nach am besten eignen. In den weiteren Schritten werden dann die spezifischen Planungen vorgenommen, die Ausschreibung erstellt, die Maßnahme kontrollierend begleitet und schließlich der Erfolg dokumentiert und beurteilt. Ein Bericht dokumentiert die durch das Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung (IWS) durchgeführten Sedimententnahmen, die Auswertung grundlegender Daten zur Beurteilung des Verlandungsvolumens sowie das Ergebnis von Geschwindigkeitsmessungen bei Pump- und Turbinenbetrieb. Auf der Basis der aus den Messkampagnen und Analysen gewonnenen Erkenntnisse werden schließlich Strategien zur teilweisen Entlandung des Unterbeckens abgeleitet und deren Machbarkeit beurteilt. Aufgrund der Geometrie des Unterbeckens sowie der Eigenschaften der eingetragenen Schwebstoffe sind die Möglichkeiten zur Beeinflussung der künftigen Verlandungscharakteristik begrenzt. Ein dauerhaftes Freihalten des Grundablasses durch alleinige Lenkungsmaßnahmen ist nicht zu erwarten.
Das Projekt "Predictability of local Weather - C5: Forecast uncertainty for peak surface gusts associated with European cold-season cyclones" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Meteorologie und Klimaforschung, Department Troposphärenforschung durchgeführt. Predictions of the track and intensity of severe cyclones have substantially improved over recent decades but accurate predictions of the location, timing, and intensity of peak surface gusts remain challenging. Such information is of utmost importance for storm damage and warnings to the population. The general approach is to break down sources of uncertainty according to the different scales involved using appropriate modeling and observational datasets and methods: - On the synoptic scale the focus will be on the track and intensity of the cyclone associated with the extreme gusts over Germany. Forecast uncertainty will be quantified statistically for the top 2% of gust events using global ensemble prediction systems and objective tracking methods. Standard gust parameterizations will be applied to these datasets. (A) - For the investigation of mesoscale processes, suitable case studies will be selected from the sample identified under (A). Physical processes of main interest in this context are 'sting jets', descending wind speed maxima in the middle troposphere in the area of bent-back warm fronts, and moist convection, for example as occurring along cold fronts, and their associated cold pools. Observational datasets to be used in this context include gust measurements from the network of the German Weather Service (DWD), space-borne scatterometer data over the North and Baltic Seas, radiosondes, and wind profilers. Forecast uncertainty will be assessed on the basis of LEPSs, taking into account uncertainty resulting from the driving synoptic scale analyzed under (A). Targeted high-resolution simulations using the COSMO model will be conducted for detailed process studies, e.g., of sting jet formation. - Factors influencing the prediction of gusts, which are not resolved by current weather prediction models, include turbulent mixing of momentum into and across the boundary layer, particularly in areas of large shear at mid-levels as for example underneath sting jets. These aspects will be addressed with observations from ground-based and aircraft-borne wind lidar operated by the Karlsruhe Institute of Technology as well as wind towers and wind profilers, which will be compared to Large Eddy simulations. Selected cases will include existing data and new observations taken as part of the project. The final outcome from this project will be an integral assessment of the relative contributions from different scales and processes to forecast uncertainty of strong wind gusts over Germany during the winter half year as well as of the quality of widely used gust parameterizations. This will enable the provision of concrete guidance to operational forecasters and model developers.
Das Projekt "Untersuchung der Waermeuebertragung und des Druckverhaltens in den Heizzuegen gasbeheizter Kessel mit dem Ziel der Optimierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gaswärme-Institut e.V. durchgeführt. Durchfuehrung von Messungen der Temperaturverteilung und Geschwindigkeitsverteilung an verschiedenen Geometrien des fuer die Messungen erstellten Versuchsstandes zur Ermittlung der Anteile an Konvektion und Strahlung am gesamten Waermeuebergang und Aufstellen der Waermeuebergangs- und Druckverlustgesetze mit dem Ziel der Optimierung.
Das Projekt "Messung der oertlichen Luftbewegung im Brennraum eines Dieselmotors" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Fachbereich Maschinenwesen, Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen und Kraftfahrzeuge durchgeführt. Die Intensitaet der Verwirbelung im Brennraum eines Dieselmotors hat einen starken Einfluss auf die Russbildung. Zudem entstehen aber unterschiedliche Russmengen, wenn die Verwirbelung - bei gleichen Drallwerten am Stationaerspruefstand - unterschiedlich hervorgerufen wird. Die Gruende dafuer sind durch detaillierte Vermessung des Geschwindigkeitsprofiles mit Hitzdraehten der Stroemung im Brennraum bei geschlepptem Motor und durch Vergleich mit Messwerten am gefeuerten Motor bei verschiedenen Methoden der Drallerzeugung (Tangentialkanal, Schirmventil, Drallkanal) zu untersuchen.
Das Projekt "Entwicklung von LIDAR-Windmessung für das Offshore-Testfeld" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Flugzeugbau (IFB), Stuttgarter Lehrstuhl für Windenergie durchgeführt. Das Verbundprojekt strebt die Entwicklung von laser-optischer LIDAR-Technologie (Light Detection and Ranging) als neuer Qualitätsmaßstab für zeitlich und räumlich aufgelöste Windgeschwindigkeits- und Windfeldmessungen unter anderem im Offshore-Testfeld an. Das vom Bundesumweltministerium geförderte Verbundprojekt 'Entwicklung von LIDAR-Windmessung für das Offshore-Testfeld' des Stiftungslehrstuhl Windenergie (SWE) und ForWind der Universität Stuttgart bzw. Oldenburg strebt die Entwicklung der LIDAR-Technologie als neuen Qualitätsmaßstab für zeitlich und räumlich hoch aufgelöste Windfeldmessungen an. Dabei sollen unter der Leitung des SWE LIDAR-Messverfahrens für die Leistungskurvenmessung, sowie für die Windfeldmessung in der Einströmung und im Nachlauf von Windenergieanlagen (WEA) entwickelt werden. Neben den oben genannten Universitäten sind außerdem das Deutsche Windenergie Institut (DEWI), das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), die Fördergesellschaft Windenergie (DGW) und die Multibrid Entwicklungsgesellschaft (MEG) als beauftragte Projektpartner beteiligt. Die messtechnische Bestimmung der Leistungskurve (erzeugte Leistung in Abhängigkeit vom vorherrschenden Wind) ist bislang nur durch punktuelle Messungen der Windgeschwindigkeit auf Nabenhöhe mittels Anemometer und aufwändigem Messmasten möglich. Mittels einer weiterentwickelten LIDAR-Technologie wäre es jedoch möglich, das räumliche Windfeld - mit samt der vorkommenden Turbulenzen und Scherungen - in Bezug zu der erzeugten Leistung zu setzen. Dies ist besonders vor dem Hintergrund der immer größer und leistungsstärker werdenden Windenergieanlagen (mittlerweile bis zu 6 MW Nennleistung) von Bedeutung. Das laser-optische Messverfahren nutzt den Laufzeitunterschied des an Aerosolen reflektierenden Laserstrahls zur Bestimmung von Windgeschwindigkeit und -richtung. Der Projektpartner DLR setzt diese Technologie seit einigen Jahren bei Untersuchungen der Atmosphäre oder der Bestimmung von Wirbelschleppen von Flugzeugen ein, so ach geschehen beim Airbus A 380. Dieses Verbundprojekt stellt wichtige Vorarbeiten für das wissenschaftliche Begleitprogramm RAVE des im Jahr gebauten Offshore-Testfelds 'Alpha Ventus' dar. Ziel des vorliegenden Vorhaben sind neben umfangreichen LIDAR-Messungen an Land auch Einzelmessungen auf der FINO1-Plattform offshore, so dass im zukünftigen Testfeld effiziente LIDAR-Messverfahren zur Verfügung stehen. Die Messungen an Land finden in Bremerhaven am Prototyp der 5MW WEA M5000 des Kooperationspartners Multibrid statt, an deren Vermessung (Leistungs- und Lastmessung) der SWE seit 2004 mit eigenem Messsystem und Windmessmast (102 m) beteiligt ist. Die gesammelten Erfahrungen sollen der gesamten Windenergiebranche zugänglich gemacht werden.
Das Projekt "Potenzial der Windenergie in Stadtgebieten: Gaza-Stadt als eine Fallstudie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Berlin (Humboldt-Univ.), Albrecht Daniel Thaer-Institut für Agrar- und Gartenbauwissenschaften, Department für Agrarökonomie, Fachgebiet Quantitative Agrarökonomik durchgeführt. Das Projekt soll einen Beitrag zu einer stabileren, dezentralen Energieerzeugung in Gaza-Stadt liefern, um die starke Nachfrage nach Energie zu bedienen, die Zahl der Netzausfälle zu senken und die Konsequenzen von Blackouts abzumildern. Dafür soll anhand von Windsensoren ermittelt werden, inwieweit die Flachdächer von Gaza-Stadt als Standort für Kleinwindanlagen geeignet sind. Das wissenschaftliche Hauptziel des Forschungsprojektes ist die Analyse der Windenergienutzung in dicht besiedelten Stadtgebieten anhand einer messungsbasierten Studie. Des Weiteren sollen Handlungsempfehlungen für die Windenergienutzung in Stadtgebieten entwickelt werden, die aus den realen Messungen in verschiedenen Höhen in Gaza-Stadt abgeleitet werden. Schließlich soll der Einsatz einer kleinen Windkraftanlage in relativ hoher Höhe über einem Wohngebäude evaluiert werden.
Das Projekt "1.1.9, '3D-Messung des Strömungsvektors in Verdichtern und Turbinen mittels Astigmatismus-PIV'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität der Bundeswehr München, Institut für Strömungsmechanik und Aerodynamik durchgeführt. Genaueste Strömungsmessungen in Verdichtern und Turbinen sind zur Validierung von CFD-Verfahren erforderlich, die wesentlicher Bestandteil im Entwicklungsprozess sind. Das derzeit zur Messung der Strömung eingesetzte 2D-2C-PIV-Verfahren (Particle Image Velocimetry) beeinflusst durch die benötigte Sonde zur Erzeugung eines Lichtschnitts die Strömung, liefert nur Strömungskomponenten in der Lichtschnittebene und benötigt für die Vermessung eines Volumens sehr viel Zeit, was durch die Prüfstandsbelegung zu hohen Kosten führt. Eine Weiterentwicklung dieses Messverfahrens, das sogenannte Astigmatismus-PIV, liefert die dritte Komponente der Strömungsgeschwindigkeit durch Auswertung der Form der Partikelbilder und hat gleichzeitig das Potential, wesentlich schneller zu messen, ohne die Strömung zu stören. Im Detail werden folgende Ziele angestrebt: (1) Optische volumetrische 2-Komponenten-Geschwindigkeitsmessung im Gasstrom in Verdichter- und Turbinenrigs (2) Beleuchtung aus Richtung der Kamera (3) Erhebung quantitativer Geschwindigkeitsverteilungen zum Vergleich mit analytischen Ergebnissen (4) Wesentlich schneller als bestehende Messverfahren (5) Mindestens gleiche Genauigkeit wie bei den bisher eingesetzten Verfahren. Zum Erreichen dieser Ziele wird das folgende Arbeitsprogramm durchgeführt: 1. Entwicklung Hardware (Aufbau eines Demonstrator - Messsystems an der UniBw München, Bestimmung der optimalen Anordnung der Komponenten des Messsystems, Untersuchungen zu Versuchsparametern, Realisierung eines portablen Messsystems) 2. Entwicklung Software (Verbesserung der Ortsbestimmung, Verbesserung der Kalibrierung) 3. Messung am Verdichterrig. Das zu entwickelnde Messverfahren wird deutlich effizientere Messungen an Verdichtern und Turbinen erlauben und dadurch zu Kosteneinsparungen führen. Hierdurch wird ein Wettbewerbsvorteil erreicht. Auch aus wissenschaftlicher Sicht besteht der Wunsch nach diesem Messverfahren, da volumetrisch das mittlere Geschwindigkeitsfeld mit hoher Ortsauflösung und geringer Messunsicherheit erfasst werden kann.
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