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s/simulationsmodel/Simulationsmodell/gi

Entwicklung einer aero-elastischen Simulationssoftware zur numerischen Untersuchung des Einflusses von aktiver Strömungskontrolle an Rotoren von Wind Energie Anlagen

Die maximale Rotorgröße moderner Wind Energie Anlagen (WEA) wird vor allem durch die Festigkeit der verwendeten Materialien begrenzt. Mit Anwachsen der Rotorgröße und der von Wind überstrichenen Fläche steigen auch die Schwankungen der Windgeschwindigkeit und die resultierenden aerodynamischen Lasten am Rotor, was eine stärkere Materialermüdung verursacht. Eine vielversprechende Möglichkeit zur Verminderung dieser Lasten besteht in der Implementierung von Elementen zur aktiven Strömungskontrolle am Rotor. Das Ziel dieses Forschungsprojektes ist die Entwicklung einer vielseitigen und robusten aero-elastischen Simulationssoftware zur realistischen Bewertung der Leistungsfähigkeit verschiedener Methoden zur Strömungskontrolle. Die Software wird im Rahmen der Partnerprojekte PP2 und PP3 validiert und anschließend angewendet um das Konzept zur Strömungskontrolle aus PP5 zu untersuchen. Die in der Simulation verwendeten instationären Anströmbedingungen werden in PP6 charakterisiert. Der Strömungslöser basiert auf dem Panel Verfahren, welches mit einem Programm zur Strukturberechnung gekoppelt wird. Schließlich wird das Potential von verschiedenen Elementen zur Strömungskontrolle im rotierenden Rotorsystem bei transienter dreidimensionaler Anströmung untersucht. Zusätzlich werden verschiedene Kontrollalgorithmen verglichen. Die im Rahmen dieses Projekts entstehende Software wird anschließend der Öffentlichkeit zugänglich gemacht um den Wissenstransfer aus der Forschung in die Industrie zu unterstützen.

Dekarbonisierung der Wärmenetze zur Bereitstellung industrieller Prozesswärme+kommunaler Fernwärme am Pilotstandort Wörth am Rhein durch Nutzung der Tiefengeothermie, Teilvorhaben: Modellierung von Störungsreaktivierung und seismische Mikrozonierung

Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Küstenfernes Süßwasser: 3D numerische Simulationen von Grundwasserströmung am New Jersey Shelf

Ziel dieser Studie ist die Erforschung der Grundwasserbewegung im New Jersey Shelf (NJS). Ende der 1970er Jahre wurde Grundwasser mit deutlich geringerem Salzgehalt als Meerwasser in zahlreichen Bohrungen entlang der U.S. Ostküste nachgewiesen - teilweise mehr als 100 km vom Festland entfernt. Besonders detaillierte Daten zur Porenwassersalinität wurden im Rahmen von IODP Leg 313 am NJS gewonnen: Sie zeigen abrupte vertikale Salinitätskontraste an allen drei Bohrlokationen. Verschiedene Autoren erklären die Entstehung von küstenfernem Süßwasser im NJS durch rezenten meerwärts gerichteten Grundwasserfluss oder führen sie auf ein erhöhtes hydraulisches Potential während der letzten Eiszeit zurück. Zur Klärung welcher dieser Prozesse zur Entstehung von küstenfernem Süßwasser geführt hat, soll im Rahmen dieser Studie, auf der Basis eines detaillierten 3D hydrogeologischen Modells, die Grundwasserströmung im NJS numerisch simuliert werden. Es werden folgende Arbeitshypothesen aufgestellt: 1. Küstenfernes Süßwasser im NJS entstand während der letzten Eiszeit. 2. Ablandige Grundwasserströmung reicht gegenwärtig nicht bis zu 100 km von der Küste. 3. Küstenferne Süßwasservorkommen sind auf Sedimentschichten mit niedriger Permeabilität beschränkt. Die verfügbare Datengrundlage ist exzellent und besteht neben petrophysikalischen Messungen und Bohrlochdaten vergangener ODP/IODP Expeditionen aus zahlreichen 2D seismischen Profilen. Das gleichnamige Projekt wird seit Mitte 2015 an der TU Freiberg und seit Ende 2016 an der RWTH Aachen durch die DFG gefördert. Eine Tiefenmigration reflexionsseismischer Profile ist nahezu abgeschlossen und bildet die Grundlage zur Erstellung eines hydrogeologischen Modells. Auf Basis einer sequenz-stratigraphischen Interpretation der seismischen Daten und unter Berücksichtigung der aus Bohrlochdaten abgeleiteten Korngrößenverteilung am NJS, wurde mittels geostatistischer Verfahren ein komplexes, über 30 Millionen Gitterpunkte umfassendes und geologisch plausibles 2D Faziesmodell erstellt. Dabei ist jeder Faziestyp durch bohrloch- und literaturgestützte petrophysikalische Eigenschaften charakterisiert. Nach sorgfältiger Definition von Anfangs- und Randbedingungen, bildet dieses Modell die Grundlage für vorläufige numerischer Simulationen. Die Simulationsergebnisse sind vielversprechend und deuten auf eine Bestätigung der oben genannten Hypothesen hin. Zukünftig geplante Arbeiten umfassen eine Erweiterung des hydrogeologischen Modells in 3D unter Einbeziehung multiple-point-geostatistischer Methoden. Dabei sollen auch die durch eine AVO-Analyse der Seismik abgeleiteten petrophysikalischen Parameter berücksichtigt werden. Die Überprüfung der oben genannten Hypothesen wird durch numerische Simulationsrechnung auf Basis des finalen 3D Modells erfolgen. Die Ergebnisse dieser Studie können zu einem verbesserten Verständnis von meerwärts gerichtetem Grundwassertransport im Allgemeinen beitragen.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1294: Bereich Infrastruktur - Atmospheric and Earth system research with the 'High Altitude and Long Range Research Aircraft' (HALO), Einfluss von Jet-Front Systemen in der oberen Troposphäre auf die mesoskalige Struktur der Tropopauseninversionsschicht und Stratosphären-Troposphären Austausch (MESO-TIL)

Der vorliegende Antrag ist der HALO Mission WISE zuzuordnen. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Bildung der Tropopauseninversionsschicht (TIL) und deren Einfluss auf Stratosphären-Troposphären Austausch (STE) auf der Mesoskala. Diesem Projekt dienen idealisierte Studien der TIL in baroklinen Lebenszyklen als Grundlage. Die Hauptziele sind dabei die Überprüfung der Ergebnisse der idealisierten Studien zur TIL Bildung genauso wie ein erweitertes Verständnis der Prozesse, die zum STE auf der Mesoskala beitragen. Dabei soll auf drei wissenschaftliche Fragestellungen genauer eingegangen werden: (1) Wie stark schwankt die TIL in ihrem Auftreten über dem Nordatlantik, vor allem im Bereich barokliner Lebenszyklen und im Bereich von STE? (2) Welche Prozesse liefern den größten Beitrag zur TIL auf der Mesoskala und welchen Einfluss hat dies auf STE? (3) Wie groß ist der Beitrag von klein-skaligen Wellen in der unteren Stratosphäre auf die TIL Bildung und die Ausdehnung der extratropischen Mischungsschicht? Eine Kombination von Methoden wird verwendet werden um diese Fragen zu beantworten. Analysedaten des EZMW werden zusammen mit Lagrangeschen Methoden benutzt, um die TIL und STE über dem Nordatlantik zu untersuchen. Der Nordatlantik ist das Gebiet, das auch während WISE untersucht werden soll. Darüber hinaus sollen für WISE hoch aufgelöste Modellsimulationen mit dem neuen numerischen Wettervorhersagemodell ICON durchgeführt werden. Dabei sollen zum einen die Beiträge diverser Prozesse auf die Bildung der TIL am Beispiel von realen Zyklonen und Antizyklonen untersucht werden. Des Weiteren sollen die Modelldaten zusammen mit Beobachtungsdaten verwendet werden um den Einfluss der TIL und von klein-skaligen Wellen auf die vertikale Ausdehnung der extratropischen Mischungsschicht zu bestimmen.

Identifizierung von Politikansätzen zur Reduktion der Bodendegradation in Südostasien bis zum Jahr 2050 - Simulation von Degradationsszenarien auf der Grundlage georeferenzierter Daten

Hauptziel des beantragten Forschungsvorhabens ist es, regional differenzierte Politikansätze zur wirksamen Reduktion der Bodendegradation in Südostasien mit einem Zeithorizont bis zum Jahr 2050 zu identifizieren. Hierzu sollen relevante Degradationsdeterminanten in einem differenzierten Strukturmodell der Bodendegradation verdichtet werden. Die empirische Fundierung des Modells für den asiatischen Kontinent anhand von georeferenzierten Daten ist Grundlage für die Simulation konkreter Entwicklungs- und Politikszenarien und ihrer Auswirkungen auf den Boden. Durch die Verknüpfung des Modells mit einem Geographischen Informationssystem (GIS) wird eine kartographische Darstellung der Szenarien möglich, und auch die Identifizierung prioritärer Interventionsgebiete. Lösungsansätze können auf diese Weise räumlich differenziert und gleichzeitig vor dem Hintergrund der überregionalen bzw. globalen Situation analysiert werden.

Phosphor Speziation in Mineral Staub und Marineaerosol Partikeln

Makronährstoffe, wie Phosphor, sind wichtig für das Wachstum von Meeresmikroorganismen, wie Phytoplankton. Diese sind sehr bedeutsam für die marine Nährstoffkette und Biologie. Verschiedene Phytoplanktonarten emittieren klimarelvante organische Verbindungen, z.B. DMS, welches in der Atmosphäre zu Schwefelsäure oxidiert wird und anschließend zur Bildung neuer Aerosolpartikel beiträgt. Diese können weiterhin als potentielle Wolkenkondensaktionskeime dienen. Informationen über die Verfügbarkeit von Phosphor für diese Mikroorganismen sind somit essentiell für ein besseres Verständnis der Ozean-Atmosphären-Wechselwirkung. Der Haupteintrag von Phosphor in den offenen Ozean erfolgt vorwiegend über atmosphärische Deposition. Informationen über atmosphärische Phosphorkonzentrationen, die Bioverfügbarkeit und Quellen sind notwendig, um den Verbleib in den Ozeanen zu verstehen. Dabei werden vor allem in den Regionen des tropischen Nord- und Südost-Atlantik immer noch Daten benötigt. Die wenigen verfügbaren Daten basieren zumeist auf kurzzeitigen Schiffsmessungen, die in ihrer Anwendung auf langfristige Prognosen und jahreszeitlichen Zyklen sehr begrenzt sind. Um das Verständnis über die Phosphorverfügbarkeit, -quellen, und -bioverfügbarkeit in diesen ozeanischen Gebieten zu verbessern, sollen größenaufgelöste Langzeitmessungen zur Bestimmung des Phosphorgehalts von Aerosolpartikeln durchgeführt werden. Weiterhin werden analytische Methoden entwickelt und optimiert (basierend auf der Kombination von drei Techniken). Diese sollen eine empfindliche Bestimmung von löslichem als auch dem Gesamtphosphor in feinen Partikeln ermöglichen, aufgrund der geringen Aerosolmasse in dieser Größenfraktion. Die ermittelten Daten werden benutzt, um wichtige Quellen des Phosphors in diesen Regionen zu charakterisieren, die Rolle von unterschiedlichen Quellen wie Mineralstaub, Biomassenverbrennung, sowie anthropogenen Verbrennungsaerosols auf die Speziation (organische und anorganische Zusammensetzung), Löslichkeit und atmosphärische Prozessierung des Phosphors, sowie ihre saisonale Variabilität zu untersuchen. Darüber hinaus soll eine regionale Staubmodellsimulation angewendet werden, um den Aerosoltransport und die Staupdeposition in diesen Regionen besser zu beschreiben. Die Ergebnisse sind wichtig für kombinierte Modelle zur Ozean-Atmosphäre Wechselwirkung und das Verständnis der wichtigsten Faktoren, die den Verbleib von atmosphärischem Phosphor im Ozean beeinflussen.

OPTIMice: Optimierte Kombination von polarimetrischen und Dreifrequenzradarmethoden zum verbesserten Verständnis der mikrophysikalischen Prozesse in kalten Wolken

Wolken und Niederschlag gehören zu den größten Herausforderungen für derzeitige Wetter- und Klimamodelle. Der letzte IPCC Bericht stellt heraus, dass insbesondere die mikrophysikalischen Prozesse in Mischphasenwolken bestehend aus Eis und flüssigen Wasser bislang nur unzureichend verstanden sind was wiederum eine bessere Modellierung dieser Wolken erschwert. Mischphasenwolken kommen besonders häufig in den höheren Breiten vor, aber auch die meisten Wolken und Niederschlagprozesse in mittleren Breiten sind eng mit den Eis- und Schneepartikeln im Oberteil der Wolke verknüpft. Um unser Verständnis von diesen zentralen Prozessen zu verbessern, wie etwa die Frage wie Eisteilchen entstehen oder wie sie zu Schnee- oder Graupelpartikel anwachsen, benötigen wir umfangreiche Beobachtungsdatensätze als Basis um Modellparametrisierungen weiter zu verbessern. Daher möchten wir in diesem Projekt neueste Fernerkundungsverfahren, wie etwa Radarpolarimetrie, Dreifrequenzradar und die Radardopplerspektren, optimal mit passiven Beobachtungen und neuartigen in-situ Sensoren kombinieren. Nur durch die Kombination verschiedener Beobachtungstechniken, hat man die Möglichkeit die verschiedenen Einflussgrößen der zugrunde liegenden Prozesse zu unterscheiden. Dazu werden wir die Beobachtungsmöglichkeiten bestehender Infrastruktur mit neuen Messgeräten grundlegend erweitern, um die beschriebenen Prozesse in bislang unerreichter Genauigkeit zu beobachten. Da Fernerkundungsmessungen (z.B. Radarreflektivität) immer eine indirekte Messung der eigentlichen Modellgröße (etwa Eiswassergehalt) sind, werden wir einen Forwärtsoperator entwickeln, mit dem man aus den Modellsimulationen synthetische Beobachtungen erzeugen kann. Damit lassen sich reale und synthetische Messgrößen direkt vergleichen. Ein zentraler neuer Bestandteil des Forwärtsoperators wird dabei eine Datenbank der Streueigenschaften von Schnee- und Eispartikel sein. Um einen frei-zugänglichen Streudatensatz zu erzeugen, werden wir bereits zur Verfügung stehende Datensätze mit eigenen Streurechnungen kombinieren. Schließlich werden die Kombination aus neuen Beobachtungsverfahren und Forwärtsoperator nutzen, um die Parametrisierungen im Wettervorhersagemodell des Deutschen Wetterdienstes zu untersuchen. Des Weiteren werden wir für spezielle Fallstudien, bei denen sich ein bestimmter Prozess über längere Zeit erkennen lässt, Simulationen mit einem 1D Modell durchführen. Das 1D Modell erlaubt eine Vielzahl an detaillierten Parametrisierungen zu testen und Lücken im generellen Prozessverständnis zu identifizieren. Diese Erkenntnisse können dann wiederum zu Verbesserungen vereinfachter Parametrisierungen in Wetter- und Klimamodellen genutzt werden. Am Ende des Projektes wollen wir nicht nur einen neuartigen Daten und Methoden zur Verfügung stellen, sondern auch neue Wege aufzeigen, wie die Informationen der Beobachtungen für die Verbesserung von Modellparametrisierungen am besten nutzbar gemacht werden können.

Niedrigstenergiegebäude in Polen, Rumänien und Bulgarien

Die EU-Richtlinie zur Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden schreibt vor, dass ab dem Jahr 2021 alle Neubauten dem Standard eines Niedrigstenergiegebäudes entsprechen müssen. Die europäischen Mitgliedstaaten sind aufgefordert, nationale Strategien für einen Übergang hin zu einem nahezu klimaneutralen Gebäudestand zu entwickeln. In enger Kooperation mit lokalen Gebäudeexperten entwickelte Ecofys ambitionierte Roadmaps für Polen, Rumänien und Bulgarien, um die Länder bei der Vorbereitung eines nationalen Niedrigstenergiegebäudestandards zu unterstützen. Ecofys erstellte für die drei Länder individuelle und kostenoptimale Einfamilien-, Mehrfamilien- und Büro-Niedrigstenergiegebäudelösungen. Der ökonomische und ökologische Funktionsnachweis der Lösungen wurde mittels thermischer Simulationsberechnungen erbracht. Neben den hier verfügbaren englischsprachigen Roadmaps finden Sie weitere Zusammenfassungen und Roadmaps in der jeweiligen Landessprache unter der Hompage. siehe URL.

Analyse des Waerme- und Stofftransportes bei der solaren Trocknung

Basierend auf den energetischen Untersuchungen im Rahmen des BMFT-Projektes 03389230 'Solarer Aufwindtrockner' werden in dieser Arbeit die bei der Trocknung von landwirtschaftlichen Produktion stattfindenen Waerme- und Stofftransportphaenomene analysiert. Mit einem Schalenmodell fuer den Einzelkoerper unter Beruecksichtigung der Schrumpfung und anderer produktrelevanter Vorgaenge (zB Verhornung) werden die Trocknungsvorgaenge auch fuer Schichten und Haufwerke im Rahmen eines Simulationsmodells untersucht. Die theoretischen Untersuchungen stuetzen sich dabei auf Experimente, so dass eine Ueberpruefung der rechnerischen Ergebnisse moeglich ist. Diese Arbeiten werden gemeinsam mit Prof Bansal, Leiter der Solar Energy Group des Indian Institute of Technology (IIT) in Delhi/Indien, durchgefuehrt und vom Internationalen Buero der KFA Juelich gefoerdert.

Fläche des ÜG Elbe vom 01.10.2018, geändert 21.01.2019 (WMS Dienst)

Überschwemmungsgebiet der Elbe in Dresden für ein 100-jährliches Ereignis (HQ100, 4370 m³/s): Das bisherige festgesetzte ÜG der Elbe für ein Hochwasserereignis, wie es statistisch einmal in hundert Jahren zu erwarten ist (HQ100), galt seit dem Oktober 2004. Es wurde seither zweimal geändert, zunächst im Januar 2012 und später im Juni 2016 nach der Fertigstellung der öffentlichen Hochwasserschutzanlagen in den Stadtteilen Innenstadt/Friedrichstadt bzw. Pieschen/Mickten/Kaditz, jeweils begrenzt auf die geschützten Gebiete. Die Ausgrenzung des festgesetzten ÜG der Elbe wurde nunmehr anhand aktualisierter Modellgrundlagen stadtweit überprüft und an neue Erkenntnisse angepasst. Die Landeshauptstadt Dresden ist dazu gemäß § 76 Absatz 2 Satz 3 Wasserhaushaltsgesetz (WHG) verpflichtet. Für die fachliche Ermittlung des ÜG wurde ein an der TU Dresden, Institut für Wasserbau und Tech-nische Hydromechanik entwickeltes zweidimensionales hydrodynamisch-numerisches Simulationsmodell genutzt, das nach dem Elbehochwasser vom Juni 2013 auf Veranlassung des Freistaates Sachsen an der TH Nürnberg umfassend aktualisiert wurde (2D-HN-Modell Elbe). Nach einer weiteren Modellaktualisierung, welche im Jahr 2017 im Auftrag der Landeshauptstadt Dresden wiederum an der TH Nürnberg durchgeführt wurde, wurden die modellierten Überflutungsflächen u. a. für ein HQ100 ermittelt. Der Erstellung der neuen Karten des ÜG Elbe liegt wiederum ein Hochwasserereignis, wie es statistisch einmal in hundert Jahren zu erwarten ist zugrunde, Abflussmenge 4370 m³/s am Pegel Dresden-Augustusbrücke. Dazu wurden die für HQ100 berechneten Überflutungsflächen homogenisiert und plausibilisiert. Berechnete "Insellagen" < 500 m² wurden ins ÜG Elbe integriert, und berechnete Insellagen > 500 m² sind als "Insellagen" außerhalb des festgesetzten ÜG verblieben. Bei der Festlegung des ÜG nicht berücksichtigt wurden, wie bei den vorhergehenden ÜG auch, die Wechselwirkungen der Elbe mit anderen, ggf. ebenso Hochwasser führenden Fließgewässern, dem Grundwasser und der Kanalisation sowie temporären Verbauen, z. B. Sandsackwällen oder anderen ergriffenen Schutzmaßnahmen zur Hochwasserabwehr. Herausgenommen aus dem ÜG sind die Flächen, die von öffentlichen Hochwasserschutzanlagen, die für ein HQ100 bemessen und errichtet wurden, geschützt werden. Dies betrifft geschützte Flächen in der Dresdner Innenstadt und der Friedrichstadt, in den Stadtteilen Pieschen, Trachau, Trachenberge, Mickten und Kaditz sowie in den Bereichen Stetzsch, Gohlis und Cossebaude. Das neu gefasste Überschwemmungsgebiet der Elbe für ein HQ100 wurde gemäß § 72 Abs. 2 Nr. 2 SächsWG in Karten dargestellt. Mit der öffentlichen Auslegung der neuen Karten im Zeitraum vom 1. Oktober 2018 bis 15. Oktober 2018 gemäß § 72 Abs. 3 SächsWG erlangte das neue ÜG Gültigkeit als festgesetztes ÜG Elbe. Gleichzeitig trat das bisherige ÜG Elbe vom Oktober 2004 mit seinen Änderungen außer Kraft. Die Änderung vom 21.01.2019 betrifft ausschließlich ein Gebiet im Bereich der Enderstraße. Eine Überprüfung des festgesetzten Überschwemmungsgebietes ergab, dass es fachlich und wasserrechtlich gerechtfertigt ist, eine als überschwemmt berechnete Fläche westlich der Enderstraße nicht als Überschwemmungsgebiet festzusetzen. Daher wurde diese Fläche aus dem ÜG herausgenommen und dem überschwemmungsgefährdeten Gebiet zugeschlagen. Das ÜG endet dort aus östlicher Richtung kommend an der Enderstraße.

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