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 "Analyse von Freisetzungsvorgaengen bei Stoerfaellen im komplexen Gelaende" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Institut für Meteorologie durchgeführt. Entwicklung eines Programmsystems zur numerischen Simulation der Ausbreitung von brennbaren und toxischen Substanzen fuer den praktischen Einsatz bei Feuerwehr und im Katastrophenschutz im Training und beim Ernstfall. Das Programmsystem besteht aus 3 Modulen: Ermittlung der dreidimensionalen Stroemungsfelder fuer einen Entfernungsbereich von einigen Metern bis zu ca. 50 km unter Beruecksichtigung der Bebauung der Topographischen Struktur der Erdoberflaeche. Modellierung der Turbulenz der Atmosphaere fuer den gleichen Entfernungsbereich. Simulationsmodell fuer die Ausbreitung von Gasen und Partikeln fuer den gleichen Entfernungsbereich. Besonders bei dem letzten Programmteil muessen extrem kurze Rechenzeiten erreicht werden, um etwa 10mal so schnell wie die Realzeit rechnen zu koennen. Erprobung der Modelle im Rahmen des gemeinsamen Programmpakets und schrittweise Verbesserung bis das erste Ziel - Einsatz bei der Feuerwehr in Koeln - erreicht ist.
Das Projekt "Entwicklung des Computercodes MECO zur Simulation der Ausbreitung heisser Schmelzen auf Flaechen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bochum, Fakultät XIII für Maschinenbau, Institut für Energietechnik, Lehrstuhl für Nukleare und Neue Energiesysteme durchgeführt. 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.
Das Projekt "Entwicklung eines Modells zur Berechnung der Schmelzeausbreitung nach RDB-Versagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bochum, Fakultät XIII für Maschinenbau, Institut für Energietechnik, Lehrstuhl für Nukleare und Neue Energiesysteme durchgeführt. 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.
Das Projekt "EURAD - Europaeisches Ausbreitungs- und Depositionsmodell (Beitrag zu EUROTRAC)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Köln, Institut für Geophysik und Meteorologie, Außenstelle für atmosphärische Umweltforschung, EURAD-Projekt durchgeführt. EURAD (Europaeisches Ausbreitungs- und Depositionsmodell) ist ein Modellsystem, das fuer die Behandlung der Ausbreitung anthropogener Schadstoffe in Europa und Teilgebieten davon entwickelt wurde. Es wird auf Regionen unterschiedlicher Groesse (Kontinent, Staaten, Bundeslaender, Stadtgebiete) angewendet. Das Modellsystem wurde vor allem fuer die Behandlung von Smogepisoden, aber auch fuer die Untersuchung der Ausbreitung radioaktiver Wolken und der Wirkung von Flugzeugemissionen eingesetzt. Dabei wurde es umfangreich evaluiert. Mit ihm ist die chemische Wirkung von Aerosolen sowie der Einfluss von Wolken und Nebel behandelt worden. Seine Anwendungsbreite und Flexibilitaet ermoeglicht den Einsatz unter vielfaeltigen Bedingungen. Es wird auch in Zukunft in anwendungsorientierten und wissenschaftlichen Projekten eingesetzt werden.
Das Projekt "Modellbildung und Entwicklung numerischer Verfahren fuer die Simulation von Stroemungs- und Transportprozessen in poroesen Medien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik durchgeführt. 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.
Das Projekt "Wissenschaftliche Begleitung von Probefeldern mit Kapillarsystemen auf den Deponien 'Am Stempel', Marburg und 'Monte Scherbelino', Frankfurt" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft, Fachgebiet Wasserbau und Hydraulik durchgeführt. Das Konzept der Kapillarsperre ist eine vielversprechende Alternative zu herkoemmlichen Oberflaechenabdichtungen von Deponien und Altlasten. Versuche am Institut fuer Wasserbau und Wasserwirtschaft haben die grundsaetzliche Eignung der Kapillarsperre unter Laborbedingungen nachgewiesen. Mit dem Bau grossmassstaeblicher Probefelder mit Kapillarsperrensystemen auf den o.g. Deponien wurde die bautechnische Herstellbarkeit belegt. Die Versuchseinrichtungen gestalten eine vollstaendige Bilanzierung des Wasserhaushaltes der Dichtungssysteme und ermoeglichen, das Langzeitverhalten unter natuerlichen klimatischen Bedingungen naeher zu untersuchen.
Das Projekt "Weiterentwicklung und Anwendung von Methoden und Modellen zur Erstellung multiskaliger hoch aufgeloester Emissionsdaten fuer Deutschland und Europa" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Weiterentwicklung von Methoden und Modellen, mit denen anthropogene Emissionsdaten der Schadstoffe NOx, CO und VOC differenziert nach Stoffklassengruppen ermittelt werden koennen, die als Eingabedaten fuer die im Rahmen des Foerderschwerpunktes Troposphaerenforschung (TFS) geplante numerische Simulation atmosphaerischer Prozesse verwendet werden koennen. Die entwickelten Modelle zur Ermittlung anthropogener Emissionen sowie die aus dem Vorhaben von Steinbrecher et al., FhG-IFU, uebernommenen Verfahren zur Ermittlung biogener Emissionen werden verwendet, um Emissionsdaten fuer ausgewaehlte Episoden zu berechnen und fuer die atmosphaerischen Modelle im TFS bereitzustellen. Fuer die berechneten Emissionsdaten werden Streuungsmasse abgeschaetzt.
Das Projekt "Analyse und Weiterentwicklung von Simulationsprogrammen fuer Solar- und Niedrigenergiehaus-Konzepte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Thermodynamik und Technische Gebäudeausrüstung, Bereich Technische Gebäudeausrüstung durchgeführt. Die wirtschaftliche Auslegung und ein energetisch optimaler Betrieb von TGA-Anlagen fuer solaroptimierte Gebaeude, NEH sowie Atrien erfordern voellig neue Herangehensweisen. Ein wichtiges Instrument stellt die gekoppelte Simulation der Bausteine Gebaeude, Anlage, Raumluft- und Gebaeudedurchstroemung dar. Die Kopplung erfolgt derzeit ueber die Oberflaechen der einzelnen Tools. Als Folge ist insbesondere die beschraenkte Aussagekraft der Ergebnisse zu nennen. Das Ziel des Vorhabens besteht folgerichtig in einer mathematischen Kopplung der og Tools (einschliesslich Quelltexteingriffe), um zeitlich stark veraenderliche Randbedingungen (Aussenlufttemperatur, Sonnenstrahlung, Wind, Anlagenparameter, Nutzerverhalten) beruecksichtigen zu koennen. Das Vorhaben soll neben den angestrebten Ergebnissen auch eine wichtige Grundlage fuer die integrale Planung darstellen.
Das Projekt "Nr. 4.3.6 Thermisches und mechanisches Verhalten von Turbinengehäusen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Energietechnik, Professur für thermische Energiemaschinen und -anlagen durchgeführt. 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.
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