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Untersuchung von Stroemungsverhaeltnissen in Nachbrennkammern fuer Sondermuell- und Hausmuellverbrennungsanlagen

Das Projekt "Untersuchung von Stroemungsverhaeltnissen in Nachbrennkammern fuer Sondermuell- und Hausmuellverbrennungsanlagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Von Roll Umwelttechnik durchgeführt. Das Ziel dieser Forschungsarbeit ist die Untersuchung sowie die Verbesserung der Stroemungsverhaeltnisse fuer versch Geometrien von Nachbrennkammern in Verbindung mit der Zufuhr von Sekundaer- und Tertiaerluft. Eine ausgeglichene und pulsationsfreie Stroemung ist die Voraussetzung fuer eine stationaere Verbrennung. Damit sollen die Schadstoffe (Gase, Teilchen) in den Rauchgasen durch eine moeglichst vollstaendige Verbrennung gemaess Umweltauflagen minimiert werden. Dies ist auch eine Voraussetzung fuer die optimale Ausnutzung der Abwaerme im nachgeschalteten Waermeaustauscher. Es sollen die Grundlagen fuer die Projektierung und Ausfuehrung von solchen Anlagen erarbeitet werden. Hierzu gehoeren die Darstellung der Uebertragbarkeit von Modellversuchen auf die Grossausfuehrung sowie die Optimierung der Messmethoden sowohl in den Modellversuchen ohne Verbrennung als auch in Versuchen mit einer Pilotanlage ohne bzw. mit Verbrennung. Der Projektplan besteht aus den folgenden Phasen: Ausgangslage; Darstellung der Uebertragbarkeit Modellversuche/Pilotanlage; Stroemungsmessungen am Modell der Pilotanlage ohne Verbrennung sowie an der Pilotanlage ohne und mit Verbrennung; begleitende empirisch/theoretische Untersuchungen; Modellmessungen an anderen Geometrien; Nachmessungen/Abschlussbericht.

Upscale Error Growth - A2: Structure formation on cloud scale and impact on larger scales

Das Projekt "Upscale Error Growth - A2: Structure formation on cloud scale and impact on larger scales" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Institut für Physik der Atmosphäre durchgeführt. Cloud particles are determined by microscopic processes, such as nucleation/condensation, growth, aggregation and sedimentation. These processes can feedback on dynamics or organize themselves and form macroscopic cloud structures on the order of tens of kilometers. At particles scales (order of micrometers) only little energy is transferred in the system. However through forming structures on cloud scales, diabatic heat sources are confined and concentrated on this scale and can interact with atmospheric flows. In this project the formation of cloud structures and structures in clouds will be investigated. We will identify and determine possible structures in clouds containing ice crystals, i.e., mixed-phase clouds and pure ice clouds. In addition, we will identify the governing processes leading to structure formation and investigate the impact of cloud structures on processes on larger scales than cloud scale. Our approach is two-fold, using high-resolution modeling of clouds and mathematical analysis of cloud physics equations. For consistency, we start with a common analytical cloud model, which will be used in both parts of the project. In the modeling part of the project we will carry out high-resolution numerical simulation of clouds, represented by the cloud model coupled to equations of atmospheric motion (sound-proof models of compressible viscous flows). We will concentrate on convective situations, starting with moist Rayleigh-Benard convection, extended to multiphase systems, but proceed to more realistic convective scenarios. The output of the simulations will be evaluated in terms of temporal and/or spatial structures of clouds. Complementary, we will investigate the underlying equation of cloud physics combined with atmospheric dynamics using mathematical analysis. We will use different methods in order to identify possible structure formation. For direct analysis we will use techniques from dynamical system theory in order to analyze the equations in terms of equilibrium states, limit cycles, Lyapunov exponents, bifurcations due to parameters and attractors, respectively. On the other hand, we will use reduction techniques (e.g., as used for Landau-Ginzburg equations or reduced order methods) in order to simplify the underlying equations towards the governing processes determining structure formation. In a synthesis of these methods (structures in numerical modeling vs. mathematical analysis) we will finally derive some minimal models describing structure formation on cloud scale. These models will allow us to determine the impact of cloud scale structures on larger scales. Finally, we will carry out first numerical investigations on the impact of structured heat sources on atmospheric flows. Here, minimal models as derived during the project will be used for describing the structured heat sources, embedded into an atmospheric flow for certain idealized flow conditions. (abridged text).

Sub project: Viscous flow of magmas from Unzen volcano, Japan - Implications for magma ascent and emplacement

Das Projekt "Sub project: Viscous flow of magmas from Unzen volcano, Japan - Implications for magma ascent and emplacement" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität München, Department für Geo- und Umweltwissenschaften - Sektion Mineralogie, Petrologie & Geochemie durchgeführt. The lack in understanding the flow behaviour of ascending highly viscous conduit magmas is a major drawback in forecasting explosive volcanic eruptions. Due to the very recent development of a unique high-load, high-temperature deformation apparatus it is now, for the first time, possible to determine the effective non-Newtonian viscosity of rhyolitic multi-phase magmas at strain rates actually occurring prior to and during volcanic eruptions. This opportunity comes when cores from a section of Unzen's conduit were recently acquired. Taken together, the new technique and the new sample availability provide a unique opportunity to advance the rheological understanding of Unzen. The new data will enable the elaboration of complete volcanic eruption models at Unzen. Such models have important implications for the interpretation of (a) shallow volcanic earthquakes (e.g. low frequency events) and their potential use as indicators for near-future volcanic eruptions, (b) self-sealing mechanisms of the Unzen conduit, and (c) the poorly understood displacement mechanism of Unzen lava lobes, potentially indicative of non-Newtonian flow behaviour.

Hochaufgelöste Ensemble-Vorhersage für den Offshore Windpark Horns Rev (Dänisches PSO-Projekt)

Das Projekt "Hochaufgelöste Ensemble-Vorhersage für den Offshore Windpark Horns Rev (Dänisches PSO-Projekt)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) - Institutsteil Kassel durchgeführt. Die Anforderungen an die Reserveleistungsbereitstellung für Windenergie hängen von der Genauigkeit der Windleistungsprognose und den kurzfristigen Leistungsschwankungen ab. Eine Ensemble-Vorhersage kann nicht nur die Windleistung vorhersagen, sondern zusätzlich ihre Wahrscheinlichkeitsverteilung bestimmen. Dadurch kann die bereitzustellende Reserveleistung im Voraus angepasst werden. Dazu muss allerdings die räumliche und zeitliche Auflösung der Ensemble-Vorhersage verbessert werden. Außerdem wird ein verbessertes Atmosphäre-Ozean-Modell benötigt, um die atmosphärische Strömung offshore bei nicht neutralen Bedingungen zu modellieren. Hauptziel des Projektes ist die Verbesserung der Windleistungsvorhersage und der Vorhersage der Leistungsschwankungen mit besonderem Augenmerk auf den Offshore Windpark Horns Rev. Dies wird durch die Entwicklung verschiedener Parametrisierungen und deren Verwendung in hochaufgelösten, gekoppelten Atmosphäre-Ozean-Modellen erreicht.

Transportverhalten von Coprostanol im Gewaesser und seine Eignung als Tracer fuer faekale Abwaesser

Das Projekt "Transportverhalten von Coprostanol im Gewaesser und seine Eignung als Tracer fuer faekale Abwaesser" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften, Fachgruppe Geowissenschaften, Lehrstuhl für Hydrologie durchgeführt. Die Hoffnung, mit der Auffindung von Coprostanol einen sicheren Hinweis auch auf das Ausmass einer faekalen Belastung eines Gewaessers gefunden zu haben, scheint solange voreilig, als das Transportverhalten dieses faekalen Sterols nicht genauer untersucht wurde. Fuer eine Untersuchung dieses Transportverhaltens von Coprostanol eignet sich der Rautunselkae in Suedfinnland besonders gut, weil dort die limnologischen Verhaeltnisse eingehend untersucht worden sind und weil nebeneinander und nur an dieser einen Stelle faekal belastete kommunale Abwaesser mit dem Tracer Coprostanol und Abwaser aus der Zelluloseherstellung mit den so unterschiedlichen Tracern Ligninsulfonat und fluechtige Halogenkohlenwasserstoffe in den See geleitet werden. Die raeumliche Ausbreitung von Coprostanol kann dort unter winterlichen stationaeren Stroemungsbedingungen vergleichsweise gut kontrolliert werden. Diese Untersuchung soll an Hand von raeumlich verteilten Vertikalprofilen vorgenommen werden, indenen im Eis, im Wasser - hier in Abhaengigkeit von Temperatur, O2 und H2S - und im Sediment Coprostanol sowie im Wasser die Tracer Ligninsulfonat und fluechtige Halogenkohlenwasserstoffe gemessen werden.

Strahlintermittenz. Grobstrukturelle Zerfallsprobleme in einem Freistrahl mit ueberlagerter Aussenstroemung (Fortsetzung Teil 2)

Das Projekt "Strahlintermittenz. Grobstrukturelle Zerfallsprobleme in einem Freistrahl mit ueberlagerter Aussenstroemung (Fortsetzung Teil 2)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker durchgeführt. Die theoretischen Strahlmodelle, wie sie im Flugzeugbau verwendet werden, beruecksichtigen im allgemeinen nur die stationaeren Anteile der Stroemung, wie zum Beispiel die Verdraengungswirkung des Strahles und die Zulaufstroemung zu dem Strahl. Hiermit lassen sich bei der Verwendung der modernen Panel-Methoden Interferenzsprobleme bei der Integration Zelle/Triebwerk vorausbestimmen. Die berechneten Ergebnisse stimmen jedoch nur ungenuegend mit den Messergebnissen ueberein. Ein Grund liegt in der Vernachlaessigung der sogenannten Intermittenzeffekte, die im Strahlaussenbereich auftreten und die einen statistischen Charakter aufweisen. In frueheren Untersuchungen wurden die Intermittenzsignale fuer einen einfachen Freistrahl bestimmt (VFW-F Bericht Grobstrukturelle Zerfallsphaenomene im Freistrahl RueFo IV Bericht T/RF42/RF420/51067/1977). Diese Arbeiten wurden im vorliegenden Bericht fuer den Fall des Doppelfreistrahles fortgesetzt. Neben dem Nachweis gleichwertiger Intermittenzsignale wie im Einfachstrahl gelang es jedoch, die Signale rechnerisch nachzubilden und den wirbelartigen Charakter der Intermittenzsignale nachzuweisen. Unter Annahme eines Wirbelmodells nach Hamel-Oseen wurden aus den statistischen Verteilungen der Signale Angaben ueber Zirkulation und Energie Inhalt eines mittleren 'Intermittenz'-Ballens gemacht. Die Groessenordnung der Werte deutet auf die Notwendigkeit hin, dass rechnerische Strahlmodell fuer Interferenzprobleme zu korregieren.

Vorplanung für eine Leitdamm am Pegel Niederbuschhausen/Ennepe und Überprüfung der Abflusskurve auf Basis von zweidimensionalen Wasserspiegellagenberechnungen

Das Projekt "Vorplanung für eine Leitdamm am Pegel Niederbuschhausen/Ennepe und Überprüfung der Abflusskurve auf Basis von zweidimensionalen Wasserspiegellagenberechnungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Wuppertal, Institut für Grundbau-, Abfall- und Wasserwesen, Abteilung Bauingenieurwesen, Lehr- und Forschungsgebiet Wasserwirtschaft und Wasserbau durchgeführt. Im Rahmen des Projektes 'Vorplanung für einen Leitdamm am Pegel Niederbuschhausen/Ennepe auf Basis von Wasserspiegellinienberechnungen' wurde sowohl ein 1-D als auch ein 2-D Modelling durchgeführt. Bei der Bearbeitung des Projektes wurde die Höhe eines Leitdammes hinsichtlich seiner hydraulischen Eignung optimiert, wobei der sich einstellende Wasserspiegel unterhalb der Brücke am Messquerschnitt liegen sollte, um die Messbedingungen nicht zu verschlechtern. Dabei wurde von einem 100-jährlichem Hochwasser ausgegangen. Vor diesem Hintergrund musste ein zusätzliches Berechnungsmodell aufgestellt werden, um den Änderungen Rechnung zu tragen und die Ergebnisse des ersten Modells zu verifizieren.

Teilvorhaben 3.2.1A Kühlung, Vorhabens-Gruppe Kühlmittelführung & Schaufelinnenkühlung: Fortschrittliche Geometrien im Schaufelrandbereich - 3D-Platform und Schaufelspitzengeometrie

Das Projekt "Teilvorhaben 3.2.1A Kühlung, Vorhabens-Gruppe Kühlmittelführung & Schaufelinnenkühlung: Fortschrittliche Geometrien im Schaufelrandbereich - 3D-Platform und Schaufelspitzengeometrie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ALSTOM Power Systems GmbH durchgeführt. Dieses Vorhaben ist Teil des Verbundprojektes COORETEC-Turbo, Teilverbundprojekt Kühlung, der AG Turbo. Es konzentriert sich auf die Gestaltung der Schaufelplatform im Hinterkantenbereich und die Geometrie des Radseitenraumes, um die erforderliche Sperr- und Leckageluft zu reduzieren und auf diese Weise den Turbinenwirkungsgrad zu verbessern und die Schadstoffbelastung zu reduzieren. Fünf Hauptphasen sind geplant: Auslegungsphase, Aufbauphase und drei Messkampagnen bei der TU Darmstadt. Die drei letztgenannten Phasen sind ähnlich aufgebaut, und haben das Ziel unterschiedliche Platformgeometrien unter dem Einfluss unterschiedlicher Leckagemengen zu bewerten, wobei der erste Aufbau noch keine konturierten Seitenwände enthält. Hierzu soll die stationäre und instationäre Strömung vermessen werden. Mit Hilfe der detaillierten Messungen sollen anschließend die Auslegungswerkzeuge kalibriert und validiert werden. Für den Antragsteller besteht der unmittelbare Nutzen des Vorhaben vor allem in einem verbesserten Verständnis der aerodynamischen Verlustmechanismen unter Berücksichtigung der Leckageeffekte. Das Projekt trägt damit zur Erhöhung der Wettbewerbsfähigkeit des Antragsstellers bei.

Mathematische Simulierung von Ausbreitungs- und Transportvorgaengen in Fluessen

Das Projekt "Mathematische Simulierung von Ausbreitungs- und Transportvorgaengen in Fluessen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe (TH), Institut für Hydromechanik durchgeführt. Mathematische Modelle zur Berechnung der Ausbreitung und des Transports von Waerme, geloesten Schadstoffen und Feststoffteilchen in Fluessen sind fuer die Planung von Einleitungen sowie von Flussregulierungsmassnahmen von grosser praktischer Bedeutung. In den letzten Jahren wurde an der Entwicklung solcher Modelle gearbeitet. Mit der Entwicklung von Modellen fuer instationaere Vorgaenge, wie sie z.B. in gestauten Fluessen vorkommen, und fuer Sedimenttransport soll das dreidimensionale Glied der entwickelten Modellkette, das bei der Simulierung der Vorgaenge im Nahgebiet tiefgetauchter Warmwassereinleitungen und in Flusskruemmern unerlaesslich ist, noch auf nicht-rechteckige Flussgeometrien angepasst und an wirklichen Situationen getestet werden. Das schon weitgehend entwickelte zweidimensionale instationaere Modell fuer Vorgaenge in der vertikalen Ebene muss noch bezueglich der numerischen Genauigkeit beim Loesen der Transportgleichung fuer skalare Groessen verbessert und vor allem durch Anwendung auf instationaere Dichtestroemungen verifiziert werden. Ausserdem sollen die erst begonnenen Sedimenttransportrechnungen zu einem vernuenftigen Abschluss gebracht werden und zwar durch Einbau des schon entwickelten Sedimenttransportmodells in das instationaere Rechenprogramm, das existierende tiefengemittelte Rechenprogramm, und in das dreidimensionale Stroemungsmodell sowie durch ausfuehrliches Testen dieser verschiedenen Modellkomponenten, wobei vor allem Sohlverformungen durch Ablagerung und Erosion in verschiedenen Anwendungsfaellen simuliert werden sollen.

Simulation umweltrelevanter Prozesse in der Energie- und Antriebstechnik (SUPEA)

Das Projekt "Simulation umweltrelevanter Prozesse in der Energie- und Antriebstechnik (SUPEA)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Motoren- und Turbinen Union Friedrichshafen durchgeführt. In der Industrie werden heutzutage 3D-Navier-Stokes Verfahren aufgrund der langen Durchlaufzeit primaer zur Berechnung der stationaeren Loesung durch Einzelstufen eingesetzt. In Zukunft werden jedoch zur weiteren Verbesserung von Wirkungsgrad und Betriebsverhalten und aufgrund des starken internationalen Konkurrenzdrucks sowohl stationaere Verfahren mit verbesserten Modellierungen zur Simulation einer Komponente als auch instationaere Verfahren zur Simulation von 1 oder 1.5 Stufen eingesetzt werden muessen. Die Simulation solcher Stroemungen ist mit heutigen Hochleistungsrechnern nur begrenzt moeglich. Allenfalls der Einsatz paralleler Rechner verspricht in absehbarer Zukunft Erfolg. Das Forschungsvorhaben soll dafuer die physikalischen und informationstechnischen Grundlagen schaffen.

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