Fuer zukuenftige Druckwasserreaktoren werden derzeit Kernfaengerkonzepte als Massnahme zur Beherrschung auslegungsueberschreitender Stoerfaelle mit Niederschmelzen des Kerns entwickelt. Zu ihrer Ueberpruefung wird der Prozess der Schmelzeausbreitung in einer Vielzahl von Experimenten untersucht. Fuer eine Uebertragung dieser Experimente auf Anlagenbedingungen ist die Entwicklung von Computerprogrammen sinnvoll und notwendig. Der Code MECO beschreibt das Ausbreitungs- und Abkuehlverhalten heisser Schmelzen ueber horizontal, geneigt und vertikal orientierte Ausbreitungszonen. Basierend auf den Navier-Stokes'schen Bewegungsgleichungen sowie der Energiegleichung fuer ein zZt 2-dimensionales Berechnungsgebiet erfolgt die numerische Simulation durch Kopplung des SOLA-Algorithmus (Finite-Differenzen-Verfahren) mit der 'Marker-And-Cell'-Methode. Waehrend der Ausbreitung der Schmelze werden Erstarrungsprozesse infolge verschiedener Waermeabfuhrmechanismen beruecksichtigt. Eine erste Validierung des Codes erfolgte anhand der Nachrechnung von Experimenten der KATS-Versuchsreihe des Forschungszentrums Karlsruhe sowie der COMAS-Versuche der Giesserei Siempelkamp, Krefeld.
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.
Granulat- und Schuttströme führen in vielen Gebirgsregionen weltweit regelmäßig zu Zerstörungen. Schneelawinen, Fels- oder Fels-Eis-Lawinen, Muren, Lahare oder pyroklastische Ströme sind nur einige Beispiele für derartige Prozesse. Ein angemessener Umgang mit den damit verbundenen Risiken erfordert eine detaillierte und zuverlässige Analyse der diesen Phänomenen zu Grunde liegenden Mechanismen. Zwar wurde dieses Thema in der Vergangenheit schon ausführlich bearbeitet und existiert eine Reihe einschlägiger physikalisch basierter Modelle, jedoch bleiben bis dato einige Probleme ungelöst: (1) das Fließen über natürliches (beliebig geformtes) Gelände und der Einfluss des viskosen Porenfluids bzw. die Modellierung der Bewegung als Zweiphasenströmung, sowie die Aufnahme von festem und/oder flüssigem Material wurden bisher nicht angemessen behandelt; (2) es existiert zum gegenwärtigen Zeitpunkt keine benutzerfreundliche, frei verfügbare Software, die zur Simulation solcher Phänomene in ihrer vollen Komplexität geeignet ist. Eine derartige Software könnte jedoch entscheidend dazu beitragen, die Modelle für einen breiteren Anwenderkreis an Universitäten und im öffentlichen Dienst zugänglich zu machen. Das vorliegende Projekt zeigt einen effektiven, innovativen und vereinheitlichten Weg für die Lösung dieser beiden Probleme auf. Er beschäftigt sich deshalb mit schnellen geophysikalischen Massenbewegungen wie Lawinen und echten zweiphasigen Schuttströmen von einem genau definierten Anrissgebiet entlang des Fließweges über natürliches Gebirgsgelände bis zum Ablagerungsgebiet. Für eine in ihrem Volumen und in ihrer Verteilung definierte Masse im Anrissgebiet sollen die Bewegung und die geometrische Deformation entlang des beliebig geformten Fließweges simuliert werden. Diese Simulation soll die Aufnahme und Ablagerung von festem Material einerseits und Fluiden andererseits entlang des Fließweges sowie die endgültige Verteilung der abgelagerten Masse einschließen. Die Modellierung wird ebenfalls die Effekte des sich dynamisch entwickelnden Porenfluiddrucks und/oder der zeitlichen Entwicklung der Mischungsverhältnisse der Feststoffe und Fluide inkludieren. Ein ebenso wichtiger Schwerpunkt soll auf die Entwicklung einer benutzerfreundlichen und frei verfügbaren Anwendungssoftware des entwickelten Modells gelegt werden. Dafür soll die GIS Software GRASS genutzt werden, die als Open Source Produkt unter der GNU General Public License verfügbar ist. Die neue Software soll mit physikalischen Modellen (Laborversuchen) sowie mit gut dokumentierten Massenbewegungen evaluiert werden. Hierbei sollen verschiedenste durch das Modell abbildbare Prozesse und Prozessketten wie Muren bzw. Schuttströme, Schuttlawinen und Schnee- oder Felslawinen betrachtet werden.
Die Troposphaere ueber Europa wird in hohem Masse durch Emissionen anthropogener Spurenstoffe und deren Folgeprodukte belastet. Dabei spielen Photo-Oxidantien (Leitsubstanz Ozon) eine zunehmende Rolle in der wissenschaftlichen und umweltpolitischen Diskussion. Ein wichtiges Ziel der atmosphaerischen Umweltforschung ist deshalb die Weiterentwicklung und Anwendung numerischer Simulationsmodelle fuer phototechnische Ausbreitungsrechnungen. Hierfuer wird das in EUROTRAC und SANA bereits vielfach angewendete Modellsystem EURAD (Europaeisches Ausbreitungs- und Depositionsmodell) eingesetzt. Im Rahmen des Troposphaerenforschungsschwerpunkts (TFS) dient das EURAD Modell einerseits der Unterstuetzung anderer Vorhaben und wird als Grundlage zum Aufbau eines TFS-Community Modells genutzt. Andererseits sollen in Zusammenarbeit mit den im TFS aktiven Gruppen die wissenschaftlichen Grundlagen der numerischen Simulation der Schadstoffausbreitung verbessert werden. Speziell sollen im Rahmen dieses Vorhabens folgende Probleme behandelt werden: Rueckgekoppeltes Nesting fuer Chemie-Transport Simulation, Datenassimilation und Initialisierung, Modellverbesserungen fuer ausgewaehlte Prozesse, Sensitivitaetsverhalten des Systems und Modellevaluierung. Ziel ist es, ein effizientes, hochentwickeltes Instrument zu schaffen, das fuer wissenschaftliche und umweltpolitische Anwendungen eingesetzt werden kann.
Gegenstand ist die Analyse vertraglicher Elemente, die zwischenstaatliche Kooperationen zur Bewaeltigung des anthropogenen Treibhauseffektes ermoeglichen und stabilisieren. Unter Anwendung der Kosten-Nutzen-Analyse, der nicht-kooperativen Spieltheorie sowie mit Hilfe numerischer Simulationen werden Vertragsinhalte und -instrumente analysiert, die auch bei Nichtexistenz einer uebergeordneten Hoheitsgewalt globale Wohlfahrtsgewinne sowohl durch Steigerung der Bereitstellungs als auch der Kosteneffizienz realisierbar machen. Im Vordergrund stehen dabei Aspekte der Heterogenitaet der beteiligten Staaten und der Umsetzung internationaler Transferzahlungen, Informationsunvollkommenheiten sowie der dynamische Charakter von Verhandlungen ueber internationale Umweltprobleme. Pigou-Steuern zur effizienten Internalisierung sind auf internationaler Ebene nur eingeschraenkt einsetzbar, da die nationale Steuerautonomie an den Staatsgrenzen endet. Die Untersuchung widmet sich indirekten Internalisierungsmoeglichkeiten, wenn die Kooperationsbereitschaft von Verursacherlaendern verweigert wird. Neben den realen Effekten von unilateralen Internalisierungsstrategien, die simultativ quantifiziert werden, gilt das Interesse den effektiven sozialen Kosten von Umweltsteuern, die als Finanzierungsquelle des Staatshaushaltes dienen (doppelte Dividende). Optimale intertemporale Umweltpolitik in offenen Volkswirtschaften In endogenen Wachstumsmodellen wird untersucht, wie sich eine striktere Umweltpolitik auf das wirtschaftliche Wachstum auswirkt und unter welchen Voraussetzungen ein nachhaltiger Entwicklungspfad erreicht werden kann. Betrachtet werden sowohl langfristige Gleichgewichtseffekte als auch Anpassungsprozesse zum neuen gleichgewichtigen Wachstumspfad, die numerisch mit dem kalibrierten theoretischen Modell simuliert werden. Teilprojekt A8 des Sonderforschungsbereichs 178 'Internationalisierung der Wirtschaft'. Arbeitsbereich b): 'Optimale Finanzpolitik zur Internalisierung grenzueberschreitender Externalitaeten'. In dem Arbeitsbereich wurden drei konkrete Fragestellungen untersucht, um aus nornativer Sicht die Wechselwirkung zwischen oekonomischer und oekologischer Variablen in einer offenen Volkswirtschaft zu studieren. 1. Lassen sich Umweltprobleme in offenen Volkswirtschaften durch einzelstaatliche Massnahmen bekaempfen und werfen diese unter Umstaenden eine doppelte Dividente ab? (Killinger). 2. Verliert die Umweltpolitik an Attraktivitaet, wenn Lenkungssteuern nicht um die Umwelt sondern gleichzeitig das Wirtschaftswachstum beeinflussen? (Hettich). 3. Lassen sich internationale Umweltabkommen durch zusaetzliche Instrumente derart gestalten, dass Kosteneffizienz und Anreizkompatibilitaet erreicht wird? (Schmidt).
Ausgangspunkt der Arbeiten ist die Ueberlegung, dass die Wirksamkeit eines Aquifervolumens zum Schadstoffabbau oder zur Schadstofffestlegung sich im Zusammenwirken zwischen advektiv-diffusiven Transportprozessen, chemischen Prozessen und den heterogenen Verteilungen von Durchlaessigkeit und chemischen Eigenschaften des Mediums ergibt. Fuer die Abbaugeschwindigkeit eines Stoffes ist beispielsweise nicht nur die prinzipielle Abbaubarkeit, sondern auch die Zugaenglichkeit von Reaktionszentren oder die Versorgung mit Reaktionspartnern wichtig. Vordringlich fuer Fortschritte in der Prognostizierbarkeit des Transports von beliebigen Stoffen in Aquiferen sind Beitraege zu folgenden Themen: - Definition von effektiven Parametern (effektive Kapazitaeten oder effektive kinetische Parameter) - Skalen gesetzt fuer effektive Parameter oder Uebergang zu neuen Gesetzen auf jeder Skalenebene - Sensitivitaet des makroskopischen Transports gegenueber Prozessen und den Details des Prozessverlaufs im Porenmassstab.
Auf Grund ihrer modularen Bauweise weisen Industriedampfturbinen zwischen ihren Leitgitterträgern und dem Außengehäuse dampfgefüllte Seitenräume auf. Das Fluid in diesen Umfangskavitäten mit T- oder L-förmigen Querschnitt wird durch die äußere Hauptströmung (Ringspaltströmung) angetrieben. Die sich ausbildenden mehrdimensionalen Wirbelstrukturen, die durch mögliche Dampfanzapfungen, -entnahmen oder -einkopplungen noch zusätzlich beeinflusst werden können, bestimmen das Wärmeübergangsverhalten zwischen Fluid und Außenwand. Mischkonvektion führt in diesen Bereichen zur ungleichmäßigen Aufheizung des Außengehäuses. Vor allem im instationären sowie im Teillastbetrieb haben die damit verbunden thermischen Gehäuseverformungen starken Einfluss auf die Teilfugendichtheit sowie auf die Radialspiele zwischen Rotor und Stator. Um das thermomechanische Verhalten des Gehäuses bereits im Auslegungsprozess für verschiedene Lastfälle zuverlässig und effektiv mittels Finite-Elemente-Methode (FEM) vorherzusagen und entsprechend zu optimieren, reicht der Wissensstand zum Wärmeübergang in den Seitenräumen nicht aus. Aus diesem Grund wird in Zusammenarbeit mit der Siemens AG ein druckluftbetriebener, skalierter Versuchsstand entwickelt und am Zentrum für Energietechnik der TU Dresden errichtet. Mit der modularen, größenverstellbaren Versuchsanordnung sind systematische Untersuchungen zum Wärmeübergang in repräsentativen Seitenräumen in Abhängigkeit von deren Geometrie und von den Strömungsverhältnissen (Reynolds-Zahl, Drall) in der Hauptströmung möglich. Für die Messung der lokalen Wärmeübergangskoeffizienten entlang der Innenoberfläche der Seitenraumaußenwand kommen gleichzeitig zwei verschiedene, rückwirkungsarme Messverfahren mit nur sehr geringem Wärmeeintrag in das System zur Anwendung: die stationäre inverse Methode sowie die lokale Übertemperaturmethode. Parallel erfolgt die Nachrechnung ausgewählter Fälle mittels numerischer Strömungssimulation (CFD), mit der die experimentellen Ergebnisse verglichen werden. Neben der weiteren Qualifikation der verwendeten Messmethoden zur Bestimmung von Wärmeübergangkoeffizienten für ähnliche Aufgabenstellungen sowie für industrierelevante Anwendungen besteht das Ziel der Untersuchungen in der Entwicklung allgemein gültiger Ansätze (Aufstellen von NUSSELT-Korrelationen) und damit in der Erweiterung des Wissensstandes für den Wärmeübergang in Seitenräumen von Dampfturbinengehäusen sowie in Kavitäten allgemein. Durch Einpflegen der Ergebnisse als thermische Randbedingungen in die FEM-Berechnung werden die Vorhersagequalität des thermomechanischen Verhaltens im instationären Betrieb und damit die Lastflexibilität von Industriedampfturbinen verbessert und Optimierungspotentiale bei der Gehäusegestaltung aufgezeigt.
Fuer zukuenftige Druckwasserreaktoren werden derzeit Kernfaengerkonzepte als eine Massnahme zur Beherrschung auslegungsueberschreitender Stoerfaelle mit Niederschmelzen des Kerns entwickelt. So ist fuer den EPR ('European Pressurized Water Reactor') ein Konzept ('EPR-Core Catcher') vorgesehen, in dem die Schmelze sich auf einer grossen Flaeche ausbreiten kann, um dann geflutet zu werden. Ziel ist es, mit einem grossen Verhaeltnis von Oberflaeche zu Volumen der Schmelze eine ausreichende Kuehlung sicherzustellen. Aus Kosten- und Sicherheitsgruenden ist es zur weitgehenden Abdeckung moeglicher Stoerfallszenarien sinnvoll, umfassende experimentelle Versuchsreihen durch Simulationsprogramme zu ergaenzen, die ein sehr wichtiges Instrumentarium zur detaillierten Analyse von Stoerfallszenarien unter spezifischen Bedingungen darstellen. Im Rahmen dieses Projektes wird in Anlehnung an das EPR-Konzept ein Modell zur Beschreibung des Ausbreitungs- und Abkuehlungsverhaltens von Schmelze entwickelt. Insbesondere beinhaltet dies eine Modellierung des dynamischen wie auch thermischen Verhaltens auslaufender Schmelze unter Beruecksichtigung der fuer den Spaltprodukttransport wesentlichen Prozesse.
Modellbildung: Beschreibung der Wechselwirkung zwischen dem Skelett und den fluessigen Phasen waehrend des Transportvorgangs von Schadstoffen. Insbesondere: a) Absorptionsvorgaenge auf Waenden des Skeletts in Abhaengigkeit von der Mikrogeometrie (zB Porositaet und Mikroflaeche) und von der Diffusionsgeschwindigkeit, b) Einfluss der Absorption auf die Spannungsfelder im Skelett und den fluessigen Phasen. Zwischenergebnisse: Das thermodynamische Modell fuer zweikomponentige poroese Koerper wurde entwickelt (1,2,3) und teilweise an Beispielen ueberprueft (4,5). Die numerische Bearbeitung (FEM) befindet sich in der Anfangsphase (6). Numerik: Es werden numerische Aufloesungsverfahren fuer nichtlineare Systeme parabolischer partieller Differentialgleichungen entwickelt, welche die Umsetzung der so formulierten Modelle in Simulationssoftware ermoeglichen sollen. Ein Code fuer die Loesung scalarer Gleichungen dieses Typs auf unstrukturierten Netzen in einer, zwei und drei Raumdimensionen liegt bereits vor. Er ermoeglicht ua die numerische Simulation des gesaettigt-ungesaettigten Fliessens von Wasser, dh sowohl im Aquifer als auch in der ungesaettigten Bodenzone. Erste Erfahrungen mit der Simulation des Stofftransports liegen vor. Aktuelle Arbeiten betreffen Stabilitaesuntersuchungen fuer die verwendete Finite-Volumen-Diskretisierung, die Untersuchung adaptiver Verfahren, sowie die Entwicklung von effizienten Loesungsverfahren fuer gekoppelte Systeme.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 23 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 23 |
| License | Count |
|---|---|
| offen | 23 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 23 |
| Englisch | 6 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 20 |
| Webseite | 3 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 16 |
| Lebewesen & Lebensräume | 15 |
| Luft | 14 |
| Mensch & Umwelt | 23 |
| Wasser | 15 |
| Weitere | 23 |