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Turbulenzinteraktionen in der atmosphärischen Grenzschicht: Ein skalenübergreifender Ansatz zur Aufklärung oberflächennaher Austauschprozesse

Die Atmosphäre und die Vegetation der Erdoberfläche beeinflussen sich gegenseitig durch bidirektionale Austauschprozesse. Modelle zur Wetter- und Klimavorhersage basieren auf einem mechanistischen Verständnis dieser Interaktionen. Die Vorhersagen und die grundlegenden Theorien funktionieren allerdings nur im Falle einer gut durchmischten (turbulenten) atmosphärischen Grenzschicht. Wenn jedoch stabile atmosphärische Bedingungen vorherrschen, wie typischerweise nachts der Fall, dann sind die bisherigen Theorien nicht ausreichend, um zuverlässige Vorhersagen zu treffen. Um oberflächennahe turbulente Austauschprozesse während stabiler atmosphärischer Schichtung mechanistisch zu verstehen und neue Theorien zu entwickeln, sind zunächst neuartige Mess- und Analyse-Methoden notwendig. Ziel dieses Projekts ist die Beobachtung und Charakterisierung von oberflächennahen Prozessen in der stabilen atmosphärischen Grenzschicht durch eine neuartige Kombination von Mess- und Analysemethoden. Mit einem hochauflösenden in-situ Messkubus (20x20x5m), der sich innerhalb eines größeren mittels Fernerkundung überwachten Raumes (500x500x1000m) befindet, können Bewegung und Strukturen von Temperatur gleichzeitig in Raum und Zeit erfasst werden. Dieser skalenübergreifende Ansatz erlaubt es, nicht-periodische, nicht gut gemischte und räumlich heterogene Bewegungen der Luft nahe der Erdoberfläche zu erfassen. Die gewonnenen Daten werden mittels neuester stochastischer Auswerteverfahren analysiert, um die (nicht-)turbulenten Bedingungen und deren Durchmischung zu charakterisieren. Der wissenschaftliche Gewinn des Projektes liegt in einem wegweisenden innovativen Ansatz, um Modelle in den Bereichen Strömungsmechanik und Erd-System Wissenschaften zu validieren, und so zu einem verbesserten Verständnis unseres Lebensraums, der Schnittstelle zwischen Land und Atmosphäre, zu führen.

Druckaufgeladene zirkulierende Wirbelschichten

Der Einsatz druckaufgeladener zirkulierender Wirbelschichten als Feuerungssystem fuer Festbrennstoffe (Kohle) erlaubt den Einsatz des Gasturbinenprozesses. Hierdurch ist es moeglich, den Wirkungsgrad kohlegefeuerter Kraftwerke zu erhoehen. Die zirkulierende Wirbelschicht ihrerseits erlaubt durch Zugabe von Kalkstein in den Feuerungsraum eine In-situ-Entschwefelung. Die niedrige Feuerraumtemperatur ist ursaechlich fuer geringe Stickoxidemissionen, so dass nachgeschaltete Reinigungsanlagen nicht erforderlich sind. Im Forschungsvorhaben werden an einer kaltbetriebenen zirkulierenden Wirbelschicht die bis zu einem statischen Druck von 60 bar betrieben werden kann, Untersuchungen zur Stroemungsmechanik und Waermeuebergang durchgefuehrt. Es zeigt sich, dass gegenueber atmosphaerisch betriebenen zirkulierenden Wirbelschichten ein geaenderter Stroemungszustand auftritt und der wandseitige Waermeuebergang verbessert ist.

Instabilitaet, Struktur der Turbulenz und Schallerzeugung in runden Freistrahlen

Zweck: Herabsetzung des Freistrahllaerms.

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.

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.

Dieseleinspritztechnologie: Konzeption eines elektronischen Hochdruck-Dieseleinspritzsystems

Ein Schwerpunkt der Arbeiten befasst sich mit der Konzeption eines elektronischen Hochdruck-Dieseleinspritzsystems. Im Rahmen dieses Forschungsschwerpunktes wurde ein elektronisches Speichereinspritzsystem konzipiert, bei dem durch Trennung von Foerderung und Zumessung moeglichst wenig prinzipielle Restriktionen aufgebaut werden. Das Konzept basiert auf der Kombination einer sitzlochgebohrten Einspritzduese als aktives, querschnittsteuerndes Element mit einem piezoelektronischen Translator, der eine extrem schnelle Ansteuerung der Duesennadel mit entsprechend hohen Kraeften erlaubt. Nach einer Betrachtung der in der Vergangenheit vorgeschlagenen Speichereinspritzsysteme wurde das System, bestehend aus Injektor, Hochdruckversorgung und Steuerungselektronik, ausgelegt. Die qualitative Simulation der Duesenstroemung untermauert die Brauchbarkeit der Sitzlochduese als querschnittssteuerndes Zumessventil.

Modellierung von Lüftungsraten und Luftströmungsmustern von freibelüfteten Schweineställe mit Außenauslauf

Freigelüftete Schweineställe mit Ausläufen (NVPBOYs) werden weltweit mit zunehmendem Interesse verfolgt. Der Luftwechsel zwischen Außen- und Innenbereich von NVPBOY ist kaum verstanden, weshalb Emissionen und die Ausbreitung von Aerosolen derzeit nicht abgeschätzt werden können. Ziel des Antrags ist es, grundlegende Erkenntnisse hinsichtlich des Einflusses von Öffnungsgröße, Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Temperatur, Lebendmasse und dem Aufenthaltsort der Schweine im Stall auf die Lüftungsrate und die Innenraumströmungsmuster von NVPBOYs zu erhalten. Im Projekt wird die Drei-Säulen-Modell-Methode, bestehend aus Windkanalexperimenten, On-Farm-Messungen und numerischer Strömungsdynamik, genutzt. Zur Modellierung der Lüftungsrate der NVPBOYs wird die Response-Surface Methode eingesetzt. Das Projekt wird grundlegende Erkenntnisse über die Wechselwirkung zwischen Lüftungsrate, Innenraumströmungen und ihren Einflussfaktoren bei NVPBOYs liefern. Dies ermöglicht eine genaue Quantifizierung der Lüftungsrate in Abhängigkeit von baulichen und klimatischen Randbedingungen sowie dem Tierverhalten. Die erwarteten Forschungsergebnisse sind eine Grundlage für die Sicherstellung eines guten Stallklimas, für die Abschätzung der Emissionen und für das Verständnis des Gas- und Aerosoltransports für die Schweine unter verschiedenen Randbedingungen.

Schalldaempfung durch Kondensat

Schallwellen unterliegen bei ihrer Ausbreitung in einem Gemisch von Luft und submikroskopisch kleinen Wassertropfen einer ausserordentlich hohen Daempfung. Es wird experimentell untersucht, ob und unter welchen Bedingungen dieser Effekt zur Geraeuschminderung in durchstroemten Systemen herangezogen werden kann.

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