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Zeitliche Variabilität von internen Wellen und vertikaler Vermischung im Nordatlantik

Das Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung der zeitlichen Variabilität in der Energie von internen Wellen und der Stärke von vertikaler Vermischung in Abhängigkeit des Nordatlantikstroms und dem damit verbundenen Wirbelfeld. Hierfür werden 5-6 Jahre von Strömungsmesserdaten und Temperatur/Leitfähigkeitsmessungen von drei Verankerungen entlang eines Schnittes westlich des Mittelatlantischen Rückens (MAR) sowie LADCP/CTD Daten von fünf Schifffahrten genutzt. Konkrete wissenschaftliche Ziele dabei sind:- Erstellung von Zeitserien der Energie in internen Wellen unter Benutzung der Verankerungszeitreihen von Strömung und Schichtung- Untersuchung der Zeitskalen auf denen Veränderungen in der Energie interner Wellen stattfinden. Mögliche Ursachen für Variabilität sind der Windeintrag, Position des Nordatlantikstroms und Wirbel- Identifizierung von Prozessen, welche die beobachteten internen Wellen generieren, wie z.B. Gezeiten, Stürme, Jahresgang, Wirbel, die Arme des Nordatlanikstroms (Verhältnis von lokalen zu großräumigen Erzeugungsmechanismen)- Bestimmung der Vermischungsraten (Temperaturinversionen, Thorpe Skalen, Feinstrukturparameterisierung) in Abhängigkeit der variablen Hintergrundbedingungen Hierfür werden zunächst Spektren potentieller und kinetischer Energy der internen Wellen auf ihre Abhängigkeit von veränderlichen Hintergrundbedingungen wie z.B. Wind, Gezeiten, Wirbel, Schichtung und Variabilität im Nordatlantikstrom sowieso des Einflusses der Topographie untersucht. Die instrumentelle Ausstattung der Verankerungen seit Sommer 2012 erlaubt zusätzlich die Approximation der internen Wellen durch vertikale Moden und damit verbunden die Berechnung von Energieflüssen, welche wichtige Informationen über die Menge und die Variabilität in der Energie, die in internen Wellen im Nordatlantik transportiert wird, liefern. Außerdem geben diese so gewonnenen Energieflüsse in Kombination mit der Berechnung von Ausbreitungspfaden von internen Wellen, welche am mittelatlantischen Rücken erzeugt wurden, Aufschluss über die relative Bedeutung der Topographie des MAR für die Erzeugung von internen Wellen. Beginnend vom Sommer 2015 werden die Analysen erweitert, indem Temperatur- und Druckdaten mit hoher Tiefenauflösung für die Berechnung von Thorpe Skalen und Dissipationsraten und deren zeitlichen Variabilität genutzt werden. Weitere Informationen über die zeitliche und räumliche Variabilität der Vermischungsraten im Nordatlantik werden durch die Analyse von Diffusionsraten, die anhand von LADCP/CTD Daten und einer Feinstrukturparameterisierung berechnet werden, erlangt. Dies liefert weitere Aufschlüsse über die dominanten Prozesse in der Erzeugung von internen Wellen und vertikaler Vermischung im Nordatlantik, sowie deren zeitlicher und räumlicher Variabilität.

Zweiphasenströmung in offenen geologischen Klüften: Experimentelle und numerische Untersuchungen

Strömungsprozesse in geklüfteten Medien sind wichtig für viele geotechnische Anwendungen und Anwendungen im Umweltingenieurwesen, wie etwa geothermische Energiegewinnung oder Speicherung von Fluiden in tiefen Formationen. Wenn zwei nicht mischbare Fluide vorhanden sind, involviert die Strömung die Bewegung der Grenzflächen zwischen ihnen. Diese sogenannte Zweiphasenströmung kann komplexe räumliche Fluidverteilungen generieren. Die Komplexität hängt von der mittleren Strömungsgeschwindigkeit, den Viskositäten und Dichten der Fluide und der Geometrie des Mediums ab. Für poröse Medien wurden diese Phänomene in den letzten 20 Jahren intensiv untersucht. Im Gegensatz dazu steckt die Untersuchung dieser Phänomene in geologischen Klüften noch in den Kinderschuhen. Das erste Ziel dieses Projekts ist es daher, diese systematisch als Funktion der Fluideigenschaften, Strömungsregime und Kluftgeometrie zu untersuchen und zu quantifizieren.Die methodische Herangehensweise ist eine Kombination von (i) Laborexperimenten in transparenten künstlichen Klüften mit realistischen Geometrien, die die Beobachtung von Fluidverteilungen und Geschwindigkeiten zulassen, und (ii) numerischer Simulation der Zweiphasenströmung in der Kluftgeometrie, die auf den Grundprinzipien der Strömungsmechanik basiert. Die Laborexperimente werden an der Universität Rennes aufgebaut und durchgeführt, während die numerischen Modelle hauptsächlich an der Universität Hannover implementiert werden. Beide Gruppen bringen so ihre Expertise ein. Die Gruppen werden außerdem gemeinsam ein neuartiges, zweidimensionales numerisches Modell entwickeln und implementieren, das die tiefengemittelten Geschwindigkeiten berechnet. Wir erwarten davon einen sehr guten Kompromiss zwischen Modellgenauigkeit und Recheneffizienz. Die Gruppen werden die numerischen und experimentellen Ergebnisse von Zweiphasenströmung in offenen Klüften mit rauen Oberflächen gemeinsam systematisch auswerten und klassifizieren. Für praktische Anwendungen, die meist Längenskalen im Bereich bis tausend Meter liegt, können die Fluid-Fluid Grenzflächen nicht im Detail abgebildet werden. Um Strömung in solchen Fällen vorherzusagen, werden sogenannte Kontinuumsmodelle verwendet, die nicht auf first principle Strömungsmechanik aufbauen. Diese Modelle bilden Fluidverteilungen oft schlecht ab. So werden beispielsweise die Menge des ursprünglichen Fluids, das nach einem Verdrängungsprozess im Gestein verbleibt, oder die Transportzeiten von Fluiden über bestimmte Distanzen, schlecht vorhergesagt. Das zweite Ziel des Projekts ist es, solche Vorhersagen zu verbessern, indem die Ergebnisse der Klassifizierungen der Fluidverteilungen für ein verbesserte Parameterisierungen für Modelle für die großen Längenskalen verwendet werden, um somit großskalige Beobachtungsfößen, wie beispielsweise im Untergrund verbleibende Mengen von Fluid besser quantifizieren zu können.

Instabilitaet, Struktur der Turbulenz und Schallerzeugung in runden Freistrahlen

Zweck: Herabsetzung des Freistrahllaerms.

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.

Erprobung eines Ultraschall-Stroemungsmessers

Durchfuehrung von Probemessungen mit dem akustischen Stroemungsmesser Flora 10 von Krupp-Atlas. Neu hinzugenommen wurde die Erprobung einer Kreuzstreckenanlage (Vierschwinger-Anlage) nach diesem System. Bei der Kreuzstreckenanlage entfaellt die Verlegung eines Kabels durch den Fluss. Die Abhaengigkeit der Genauigkeit des Messergebnisses von der Stroemungsrichtung wird ebenfalls geringer. Diese neue Anlage befindet sich seit Mitte 1978 in der unteren Mosel in der Erprobung.

Rueckhalt von Schwimmstoffen durch eine Tauchwand

Bestimmung von Stroemungsbedingungen, bei denen ein sicherer Rueckhalt von Schwimmstoffen gewaehrleistet ist. Es besteht die Gefahr, dass sich beguenstigt durch die Senkestroemung und die seitliche Wandreibung Wirbel ausbilden. Das Auftreten dieser Wirbel wird bei verschiedenen geometrischen Bedingungen und Geschwindigkeiten beobachtet.

Dynamischer Separator zur Trennung von stroemenden Mehrphasengemischen

Die Separation (Phasentrennung) eines in einer horizontalen Rohrleitung (Pipeline) stroemenden zwei- oder mehrphasigen Gemisches erfolgt abhaengig von den entstehenden Stroemungsformen durch eine geeignete apparative Anordnung, Dimensionierung und Formung von Rohrabzweigungen. Die bisherige Praxis der mechanischen Trennung von Mehrphasengemischen benutzt ueberwiegend schwere voluminoese Behaelter mit umfangreichen Einbauten, die insbesondere bei hohen Druecken sehr kosten- und wartungsintensiv sind. Bei der neuen Entwicklung erfolgt die Phasentrennung waehrend der Foerderung des Gemisches in Rohren. Mehrphasige stroemende Gemische koennen nach der Trennung durch Anhebung des Druckes der separierten Komponenten weiter gefoerdert werden. Der befuerchtete Wasserschlag in einem stroemenden Gas-Fluessigkeitsgemisch kann durch zeitweiligen Entzug der leichteren Phase verhindert werden.

Reinigung von Grauwasser mit Hilfe von vier vertikal durchstroemten Bodenfiltern mit verschiedenen Substraten und Sumpfpflanzen (L1 48 99)

Die Eignung von Regenwasser in Zisternen (bei sachgemaesser techn. Ausfuehrung) ist fuer die Nutzungsarten WC-Spuelung, Gartenberegnung und Waeschewaschen nicht mehr umstritten. Aus diesem Grunde ist es sinnvoll die Dachablaufwaesser in Regenwassernutzungsanlagen (RWNA) zu sammeln und fuer o.g. Nutzungsarten zu verwenden. Auf diese Art kann teures Trinkwasser eingespart, das Kanalisationsnetz und die techn. Klaerwerke entlastet werden. In vielen Regionen der BRD reicht jedoch der Niederschlag fuer o.g. Nutzungsarten nicht aus, so dass eine Nachspeisung der Zisterne zwingend notwendig wird. Anstelle der Nachspeisung mit Trinkwasser koennte auch gereinigtes Grauwasser zum Einsatz kommen; Voraussetzung: es ist in seiner Beschaffenheit vergleichbar mit Regenwasser. Hauptproblem sind hierbei die hohen Konzentrationen von Tensiden, die ueber die Waschmittel in das Grauwasser gelangen. Ziel des Versuches ist es das Grauwasser mittels bepflanzten Bodenfiltern so gut zu Reinigen, dass die Grenzwerte der EU-RL ueber die Qualitaet der Badegewaesser eingehalten bzw. unterschritten werden koennen.

Experimentelle und theoretische Untersuchung der Beanspruchung von Binnenschiffen durch Querstroemungen in Fluessen und Kanaelen

Experimentelle und theoretische Ermittlung der Kraefte und Momente im Bereich von Entnahme- und Rueckgabebauwerken an Wasserstrassen, die infolge Querstroemungen auf Schiffe wirken.

Sedimentationsdynamik und mikrobieller Abbau von marinen Aggregaten: Strömungsphysikalische Grundlagen des partikulären Kohlenstofftransport im Ozean

Zur Charakterisierung des effektiven vertikalen Stofftransports durch marine Aggregate unter Berücksichtigung des mikrobiellen Stoffumsatzes in ihrem Inneren wird ein strömungsmechanisch-mikrobiologisches Verbundprojekt angestrebt. Durch die Kombination von Laborexperimenten und numerischer Simulation soll zunächst die Sedimentationsgeschwindigkeit hochporöser Aggregate als Funktion der Größe, Porosität, Zusammensetzung und der Dichteschichtung der Umgebungsflüssigkeit parametrisiert werden. Des Weiteren sollen der Stoffübergang zwischen interstitieller Flüssigkeit der Aggregate und der Umgebungsflüssigkeit sowie die mikrobiellen Umsatzraten im Inneren von Aggregaten als Funktion der Sedimentationsgeschwindigkeit bestimmt werden. Auf dieser Basis soll ein mathematisches Modell entwickelt werden, das sowohl die Sedimentationsdynamik als auch den Stofftransport zuverlässig abbildet. Ein solches Modell wird erstmals eine realistische Abschätzung der Effizienz der biologischen Kohlenstoffpumpe ermöglichen und darüber hinaus neue Ansätze zur Abbildung mariner Prozesse in globalen Klimamodellen liefern.

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