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Teilprojekt 1

Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Mathematik, Arbeitsgruppe Diskrete Optimierung durchgeführt. Wasserver- und Entsorgungssysteme sind Netzwerke, deren schnelle Dynamik u.a. durch das Kundenverhalten und klimatische Randbedingungen beeinflusst werden. Die Systeme sind durch eine komplexe Geometrie und hochgradig nichtlineare transiente Prozesse bestimmt. Simulations- und Optimierungsansätze für den automatisierten Betrieb sowie für die Auslegung und Wartung der Anlagen sollen entwickelt und prototypisch in Software integriert werden. Die Arbeiten befinden sich im Übergangsbereich zwischen angewandter mathematischer und ingenieurwissenschaftlicher Forschung. Durch einen integrativen Ansatz sollen dynamische Wasserver- und Entsorgungssysteme modelliert, analysiert, simuliert und optimiert werden. Unsere Praxispartner (Ver- und Entsorgungsunternehmen, Infrastrukturanbieter und Planungsbüros) gewährleisten, dass sich die Forschung an der konkreten Anwendung orientiert. Die Entwicklungen haben gerade im Bereich der Abwasserentsorgung besondere Relevanz, da aktuelle nationale und europäische Richtlinien in den kommenden Jahren optimale Entscheidungen über volkswirtschaftlich relevante zusätzliche Investitionen für den Gewässerschutz erfordern werden.

Entwicklung von thermischen Langzeitspeichern mit neuartigen Be- und Entlade- Systemen aus Kunststoff

Das Projekt "Entwicklung von thermischen Langzeitspeichern mit neuartigen Be- und Entlade- Systemen aus Kunststoff" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Haase GFK-Technik GmbH durchgeführt. Die Ziele bestanden in der Minimierung der inneren und äußeren Wärmeverluste von Warmwasserspeichern aus glasfaserverstärkten Kunststoff. Wie kann durch Ausführung der Be- und Entladesysteme die Schichtenbeladung effizient durchgeführt werden? Wie wirken sich unterschiedliche Größen (Höhe, Durchmesser) auf das Speicher- und Schichtverhalten aus? Wie wirken sich die für die Wärmeverluste verantwortlichen Mechanismen (Wärmeleitung, Wärmestrahlung, Konvektion) bei zielgerichteter konstruktiver Gestaltung der Funktionsschichten in der Praxis zur Minimierung der äußeren Verluste aus? Durch neue Konstruktionsprinzipien (Teleskop-, Teppichrollen-, Sandwich-Großbehälter) konnten die Speicher für Transport und Montage optimiert werden. Die inneren Verluste konnten sowohl durch das Be- und Entladesystem aus Rohren mit 90 -Übergängen u. beruhigten waagerechten Einlauf als auch durch sogenannte Tassen bzw. Verteilerplatten mit waagerechten und senkrechten Einlauf hervorragend minimiert werden. Für eine bessere Leistungsabstufung sind jedoch die Querschnitte anzupassen. Im Ergebnis der Minimierung der äußeren Verluste konnte die Hypothese, dass der Hauptanteil der Wärme durch Wärmestrahlung und nicht durch Wärmeleitung an die Umgebung abgegeben wird, nicht bestätigt werden. Vielmehr ist durch eine entsprechend der ermittelten Anteile sinnvolle Kombination aus Wärmereflexion und Wärmedämmung zielführend, um eine Langzeitspeicherung sicherzustellen. Der Nachweis der Laborwerte zur Ermittlung des Wärmedurchgangs erfolgte durch Vergleichsuntersuchungen an 9 GFK-Großwärmespeichern (38m3) mit unterschiedlichen Funktionsschichtaufbauten.

Verbundprojekt zur Entwicklung von Verbrennungstechnologien im CEC für die klimaschonende Energieerzeugung - Projekt 3A: Validierung

Das Projekt "Verbundprojekt zur Entwicklung von Verbrennungstechnologien im CEC für die klimaschonende Energieerzeugung - Projekt 3A: Validierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Siemens AG durchgeführt. Dieses Vorhaben ist Teil des Verbundvorhabens 'BMWI-CEC'. Ziel ist die Erweiterung des emissionsarmen und flexiblen Betriebsbereiches von Gasturbinenbrennern unter Nutzung neuer Mess- und Versuchstechniken im neu gebauten Clean Energy Center (CEC) der Siemens AG. Das Projekt 3 baut auf den bereits laufenden Projekten 1 und 2 auf und ist hauptsächlich auf die Validierung der neu entwickelten Technologien ausgerichtet. Das Projekt 3 gliedert sich in fünf Teilprojekte. Im TP 3.1 wird an der Implementierung von faseroptischen Zugängen in den Hochdruckprüfständen am CEC gearbeitet. Die Arbeiten werden von den Partnern Universität Duisburg-Essen und DLR Stuttgart unterstützt. Der flexible optische Zugang zu den Brennkammern erlaubt eine Charakterisierung der Flammen und die Messung verwandter Größen. Das Teilprojekt 3.2 beschäftigt sich mit der numerischen Modellierung von Verbrennungsvorgängen. Zusammen mit dem Partner Universität Duisburg-Essen wird an der Validierung und Erweiterung von Modellen für die Vorhersage von Emissionen und Flammeninstabilitäten gearbeitet. Im Teilprojekt 3.3 wird die optische Messtechnik FRS, welche die nicht-invasive Analyse von Temperatur, Druck und Geschwindigkeit erlaubt, weiterentwickelt und am CEC erprobt. Die Arbeiten erfolgen in Kooperation mit der Universität Stuttgart und dem DLR Köln. Das Teilprojekt 3.4 beinhaltet Tool-Entwicklung und Validierung für die Simulation von Flüssigbrennstoffbrennern sowie Verbrennungstests an einem vollmaßstäblichen Brenner im CEC Verbrennungstestcenter. Das TP wird experimentell durch den Partner DLR Stuttgart unterstützt. Auf numerischer Seite arbeitet Siemens mit dem KIT Karlsruhe zusammen. Die Arbeiten in Teilprojekt 3.5 werden zusammen mit den Partnern FAU Erlangen, ZARM Bremen und IAPK Aachen durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Weiterentwicklung von keramischen Brennkammerauskleidungen unter Berücksichtigung ihrer akustischen Dämpfungseigenschaften.

Einfluss der Sensorpositionierung im Raum auf den Energiebedarf heiz- und raumlufttechnischer Anlagen - Projektstufe II

Das Projekt "Einfluss der Sensorpositionierung im Raum auf den Energiebedarf heiz- und raumlufttechnischer Anlagen - Projektstufe II" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Energietechnik, Professur für Gebäudeenergietechnik und Wärmeversorgung durchgeführt. Der energieeffiziente Betrieb von Gebäuden lässt sich nur erreichen, wenn die für die Gebäudekonditionierung eingesetzten technischen Systeme mit maximalem Wirkungsgrad und bedarfs- bzw. anforderungsgerecht betrieben werden. Dazu sind verlässliche, aussagekräftige und zeitgenaue Informationen über den aktuellen Betriebszustand eines Gebäudes notwendig. Diese Informationen werden vorrangig von Sensoren geliefert und sind umso sicherer, je genauer die eingesetzten Sensoren sind und insbesondere, je günstiger sie in der Gebäudestruktur positioniert wurden. Dazu sind in der ersten Projektstufe bereits umfangreiche Untersuchungen in einer Klimakammer und per Simulation in Büroräumen für verschiedene Heiz- und Kühlsysteme durchgeführt worden. In der zweiten Projektstufe werden stark instationäre Situationen (Lastwechsel) unter verschiedenen Randbedingungen und bei unterschiedlichen Heiz- und Kühlsystemen in den Blick genommen. Es werden schließlich Handlungsempfehlungen für die Praxis und Beiträge für Regelwerke (VDI Richtlinien) erarbeitet. Wiederum erfolgt eine kombinierte messtechnische und numerische Untersuchung der Projektpartner ILK und TU Dresden. Nach Spezifizierung der neuen Lastfälle und Situationen werden die zugehörigen experimentellen und numerischen Untersuchungen durchgeführt. Es werden außerdem Strategien zur Kompensation ungünstiger Sensorpositionen abgeleitet. Bevor die Handlungsempfehlungen endgültig formuliert werden können ist es notwendig, eine Hochrechnung des Energiebedarfs z.B. anhand von Typtagen vorzunehmen.

Teilvorhaben: Betrachtung der Teilsysteme Fresnel und mitwirken bei Betrachtung der Energiespeicher

Das Projekt "Teilvorhaben: Betrachtung der Teilsysteme Fresnel und mitwirken bei Betrachtung der Energiespeicher" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Ziel dieses Vorhabens ist es, die Methoden zur Ertragsprognose solarthermischer Kraftwerke zu vereinheitlichen, um die Aussagekraft von Wirtschaftlichkeitsberechnungen zu verbessern und darüber die Risikoaufschläge in der Projektfinanzierung zu senken. Dazu wird der Stand der Technik in allen relevanten Teilbereichen durch ausgewiesene Experten in einem praxistauglichen Handbuch zusammengeführt. Neben der kurzfristig nationalen Umsetzung wird über das SolarPACES-Vorhaben 'guiSmo' sowie über Normungsgremien eine zügige Überführung in internationale Standards vorbereitet. Fraunhofer ISE wird in folgend Arbeitspaketen aktiv: AP3.1 Solarfeld; insbesondere die Erweiterung Linear Fresnel wir vom ISE federführend umgesetzt. AP3.3 Thermischer Speicher. AP4 Transiente Effekte und Betriebsstrategien. AP5 Berücksichtigung von Unsicherheiten.

Teilprojekt: Verhalten der Dampfphase beim Strömungssieden im Bereich der kritischen Wärmestromdichte

Das Projekt "Teilprojekt: Verhalten der Dampfphase beim Strömungssieden im Bereich der kritischen Wärmestromdichte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Energietechnik, Lehrstuhl für Thermodynamik durchgeführt. Der übergeordnete Verbund verfolgt das Ziel, die Vorhersage der kritischen Wärmestromdichte mit CFD-Methoden zu verbessern. In diesem Zusammenhang besteht das erste Ziel des Vorhabens in der Aufklärung der Relevanz instationärer Effekte für das Auftreten der Siedekrise und ggfls. deren Modellierung in einer für stationäre CFD-Berechnungen kompatiblen Weise. Das zweite Teilziel ist, die bisher üblichen, das Berechnungsergebnis präjudizierten Annahmen durch besser fundierte Vorstellungen zu ersetzen. Im experimentellen Teil des Arbeitsprogramms ist eine bestehende Versuchsanlage auf die neuen Fragestellungen anzupassen und zu erweitern. In der ersten Phase ist das Verhalten der Dampfphase sowie die Geschwindigkeitsfelder im quadratischen Kanal mit wandbündigem Heizer sind zu erfassen und zu analysieren. Danach wird das Verhalten der Dampfphase im Kanal mit Einzelstab untersucht und es werden für die Konfiguration die kritischen Wärmestromdichten gemessen. Die numerischen Untersuchungen beginnen mit der Untersuchung der Instabilität der Phasengrenzfläche. Danach wird das Modell zuerst um Verdampfung und Kondensation und dann um den variablem Dampfgehalt erweitert, um schließlich die periodischen Strukturen in der Nähe der Siedekriese auch numerisch zu studieren. Im Verbund soll ein mechanistisches Siedemodells entwickelt werden, das auf der Basis der experimentell und numerisch gewonnenen Erkenntnisse im Verlauf des Vorhabens verbessert wird.

Knowledge for ignition, acoustics and instabilities (KIAI)

Das Projekt "Knowledge for ignition, acoustics and instabilities (KIAI)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG durchgeführt. For the time being, the European engine industry does not have at its disposal methodologies adapted to predict the unsteady behaviour of low NOx combustors. Consequently and in order to be able to set up the development of low NOx technologies, KIAI will deliver reliable unstationary CFD tools which will allow a deep comprehension of unsteady phenomena. The main objective of the KIAI project is to provide reliable methodologies to predict the stability of industrial low NOx combustors, as well as their ignition process from spark to annular combustion. When used at an early stage in the conception cycle of low NOx combustors, KIAI CFD methodologies will play a key role and considerably accelerate the delivery process of lean combustion technology with a proven capability to reach the 80Prozent NOx emissions reduction required for introduction into service before 2020 with the necessary reliability, safety and economical viability. As already demonstrated by past and ongoing studies and European projects, low NOx technologies lead to crucial unsteady phenomena that are neither controlled nor predictable at the moment. The scientific objectives of KIAI are directly linked to a better understanding and prediction of these unsteady phenomena: - Predict the coupling between the acoustics and the flame - Determine the acoustic boundary conditions of multiperforated plates surrounding the combustion chamber - Account for non-premixed spray flows in the combustion process - Explore aerodynamic unsteadiness in strutted pre-diffusers adapted to high mass flow injectors and develop a liquid film break-up model for an injector - Evaluate the sensitivity of LES predictions to small technological variations of geometry. Prime Contractor: SNECMA MOTEURS SA; Paris; France.

WTZ Russland - Transientenanalysen für schnelle Reaktoren

Das Projekt "WTZ Russland - Transientenanalysen für schnelle Reaktoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Dresden-Roßendorf e.V., Institut für Ressourcenökologie durchgeführt. 1. Vorhabenziel: Weiterentwicklung des ursprünglich für die Transientenanalyse in Leichtwasserreaktoren (LWR) entwickelten Reaktorphysikcodes DYN3D. Der Code dient zur dreidimensionalen, nodalen Berechnung der stationären und transienten Leistungsverteilung im Reaktorkern unter Berücksichtigung der Koppelung der neutronenphysikalischen und der thermohydraulischen Vorgänge. 2. Arbeitsplanung: Die Weiterentwicklung des Codes umfasst die Modellierung der, durch die Ausdehnung von Strukturen bedingten, Rückwirkungseffekte, die in schnellen Reaktoren - im Gegensatz zu LWR - einen wichtigen Beitrag zum inhärenten Sicherheitsverhalten leisten. Um die Anwendbarkeit des Codes sicherzustellen, muss des Weiteren die Bereitstellung von homogenisierten Wirkungsquerschnitten auf Brennelementbasis speziell für schnelle Reaktorsysteme gewährleistet sein. Hierzu gilt es einen entsprechenden Code auszuwählen, für schnelle Reaktoren zu validieren und die notwendigen Anwendungsprozeduren zu entwickeln. Zur Absicherung der neu entwickelten Teile des Codes werden Validierungsrechnungen für das stationäre und das transiente Verhalten des Reaktorkerns der BFS Anlage (Nullleistungsreaktor mit schnellem Neutronenspektrum am IPPE Oninsk) durchgeführt. Nach der Validierung sind Untersuchungen zur Beurteilung des Einsatzes von fein verteiltem moderierendem Material zur Verstärkung der Rückwirkungseffekte zur Verbesserung der Sicherheit von schnellen Reaktoren als letzter Baustein des Projektes vorgesehen.

Nationales Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP), FC - Dynamics, Experimentelle Studie zum dynamischen Betrieb von PEFC - Stacks

Das Projekt "Nationales Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP), FC - Dynamics, Experimentelle Studie zum dynamischen Betrieb von PEFC - Stacks" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg durchgeführt. Die Lebensdauern von PEFC - Stacks in hochdynamischen Anwendungen wie dem automotiv Bereich sind wesentlich geringer als die Lebensdauern vergleichbarer Stacks im stationären Betrieb oder in Anwendungen mit moderater Dynamik und eine der entscheidenden Barrieren auf dem Weg zur Kommerzialisierung. Schwerpunkt der Arbeiten in diesem Vorhaben sind die experimentelle und modellierende Untersuchung von PEM - Brennstoffzellen mit verschiedenen GDL - und Flowfielddesigns im hochdynamischen Betrieb und die Identifizierung der aus der Dynamik resultierenden instationären Zustände, die zu einer beschleunigten Degradation der Zellen führen. Das Forschungsvorhaben besteht aus 4 Arbeitspaketen mit den Schwerpunkten Parameterdefinition, Experimente, Auswertung und Modellierung sowie Validierung auf Stackebene. In AP1werden die Betriebsparameter der Tests bestimmt und geeignete Testmethoden bewertet oder bei Bedarf entwickelt. In AP2 werden die Methoden geprüft und verschiedene Brennstoffzellen im dynamischen Betrieb untersucht und parallel dazu in AP3 dynamisch modelliert. In AP4 werden die Ergebnisse der Einzellzelluntersuchungen auf Stackebene transferiert, für den dynamischen Betrieb optimierte Betriebsstrategien entwickelt und an einem 24 - Zellen Stack getestet.

4.2.4a; Flattern im Schaufelreihenverbund

Das Projekt "4.2.4a; Flattern im Schaufelreihenverbund" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Institut für Antriebstechnik durchgeführt. Dieses Vorhaben ist Bestandteil des AG Turbo Verbundprojektes COOREFLEX-turbo. Das DLR beteiligt sich mit der Abteilung Numerische Methoden des Instituts für Antriebstechnik an dem Projekt. Im Projekt soll der Strömungslöser TRACE um die Möglichkeit erweitert werden, die Wechselwirkung zwischen Schaufelreihen bei der Flattervorhersage zu berücksichtigen. Innerhalb des Verbundprojektes sind die Arbeiten dieses Vorhabens im Teilverbundprojekt Expansion eingebettet. Das übergeordnete Ziel des Teilverbundprojektes ist durch Strömungs-Struktur-Simulationen zu einem tieferen Verständnis des Einflusses der instationären Schaufelreihenwechselwirkung auf selbst- und fremderregte Schaufelschwingungen zu gelangen. Die Methoden sind in den linearen und nichtlinearen Frequenzbereichslöser innerhalb TRACE zu integrieren. Dazu muss letzterer dahingehend erweitert werden, dass harmonische Schaufelschwingungen bei strukturierten und unstrukturierten Netzen berücksichtigt werden kann. Für Flattervorhersage sollen bereits implementierte, hochwertige Randbedingungen für beliebige Netz Topologien erweitert werden. Darüber hinaus sind die aeroelastischen Auswertungsmethoden im Frequenzbereichslöser zu erweitern. Die zu entwickelnde Methoden werden an Hand nichtlinearer Vergleichsrechnungen validiert.

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