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Hydraulische Messungen während des Elbe-Hochwassers im Sommer 2013

Erste Auswertungen der Messkampagnen von Bundes- und Landesbehörden bestätigen bisherige Modellrechnungen und verbessern das Verständnis von Hochwasserabläufen. Im Mai und Juni des Jahres 2013 traten in den deutschen Flussgebieten außerordentliche Hochwasser auf. Die Elbe wies in einigen Abschnitten neue Höchstwasserstände auf. Insbesondere aus der Saale strömten große Wassermassen in den Fluss ein, sodass das Hochwasser unterhalb der Saalemündung deutlich höher auflief als beim Sommerhochwasser 2002; bei Magdeburg-Buckau lag der Scheitel 75 cm über dem bisherigen Höchststand. Um die Elbe zu entlasten, aktivierte man den Elbe-Umflutkanal bei Magdeburg, sperrte Nebenflüsse ab und setzte die Havelniederung kontrolliert unter Wasser. Auch durch einige Deichbrüche wurden teilweise erhebliche Volumina aus der Elbe abgeführt. Das führte zu einem Absunk der Wasserspiegel im Bereich mehrerer Dezimeter. Trotzdem wurde in Magdeburg nach Angaben der Bundesanstalt für Gewässerkunde mit ca. 5.100 m3?s ein Hochwasser mit einem Wiederkehrintervall von 200 bis 500 Jahren erreicht. Mehrere Institutionen der Elbe-Anrainerländer und des Bundes führten Messungen während des Hochwassers durch. Die BAW benötigt insbesondere Messwerte von Oberflächen- und Grundwasser, um mit ihnen Modelle zu überprüfen. Hauptziel einer Messkampagne vom 7. bis 13. Juni 2013 war deshalb, zwischen Riesa bei Elbe (El)-km 106 und dem Wehr Geesthacht (El-km 586 ) nah am Hochwasserscheitel den Wasserspiegel etwa in der Flussachse zu messen. Begleitend wurden Durchflussmessungen durchgeführt, die dazu dienten, sowohl den Abfluss als auch Durchflussanteile und Fließgeschwindigkeiten zu ermitteln. Am 14. Juni 2013 wurden im Bereich der Deichrückverlegung Lenzen (bei El-km 480) zusätzlich Fließgeschwindigkeiten in den Deichschlitzen gemessen. Diese wurden durch punktuelle Grund- und Oberflächenwasser-Messungen ergänzt. Die Auswertung der Messungen wird noch geraume Zeit in Anspruch nehmen. Schon jetzt ist aber klar, dass die Ergebnisse von großem Nutzen sein werden, um die Prozesse in der Natur besser verstehen und beschreiben zu können. Auch tragen sie dazu bei, die Strömungsmodelle der (acronym = 'Bundesanstalt für Wasserbau') BAW zu validieren. Zwei erste Auswertungen machen dies deutlich.

Energieeffiziente Bürogebäude

Die kombinatorische Vielfalt der Einflussgrößen auf den Energieverbrauch von Gebäuden verursacht meistens Unsicherheit in der Planung. Ziel dieses Projektes ist es, für Architekten und Fachplaner eine umfassende Matrix zu erstellen, die es erlaubt, die Auswirkungen von Planungsschritten auf den Energiehaushalt und die Behaglichkeit von Gebäuden hinreichend genau zu bewerten und Alternativen gegeneinander abzuwägen. Anhand eines standardisierten Bürogebäudes werden unter Berücksichtigung der äußeren und inneren Lasten und für definierte zu erreichende Raumzustände alle wichtigen Faktoren wie z.B. der Anteil an thermisch aktiver Masse oder der Grad an Verglasung variiert. Die zur Anwendung kommende Methode der thermischen Gebäudesimulation und Strömungssimulation erlaubt eine sehr differenzierte Betrachtungsweise.

Radialverdichter mit betriebsbereichserweiterndem Casing Treatment für effiziente wasserstoffbasierte Power-to-X-Technologien

Wasserstoff nimmt in der zukünftigen Energieversorgung einen wichtigen Stellenwert ein. Zur Verdichtung und Verflüssigung von Wasserstoff und anderen Energieträgern werden häufig Radialverdichter als Anlagenkomponente eingesetzt. Diese sind aufgrund ihrer hohen Stufendruckverhältnisse, ihrer Robustheit, ihrer niedrigen Investitionskosten sowie der guten Regelbarkeit besonders geeignet. Eine Erweiterung ihres stabilen Betriebsbereiches ist aufgrund der fluktuierenden Überschüsse der erneuerbaren Energien durch den zusätzlichen Einsatz eines Casing Treatments (CT) wünschenswert. Im Rahmen dieses Vorhabens wird ein CT für eine industrielle Radialverdichterstufe mit Vorleitrad (VIGV) ausgelegt und in den bestehenden Prüfstand integriert. Aufgrund der starken Wechselwirkung zwischen dem Laufrad und dem CT muss der Aspekt der Instationarität bereits in der Auslegung berücksichtigt werden, um ein effektives Design zu entwickeln. Aus diesem Grund wird die Auslegung bzw. Optimierung erstmalig mit Hilfe eines Frequenzbereichsverfahrens durchgeführt werden. Die Verwendung effizienter Simulationsverfahren ermöglicht es, komplexe instationäre Problemstellungen auch mit hoher Anzahl an freien Parametern mit vertretbaren Ressourcenaufwand zu lösen. Die experimentellen Messkampagnen untersuchen erstmalig, in welchem Maße bei verschiedenen Drehzahlen die Kennfeldbreite des Radialverdichters mithilfe der Kombination aus CT und VIGV erweitert wird. Es soll geklärt werden, inwiefern der Vordrall des VIGVs die Wirksamkeit des CTs beziehungsweise die Stabilität der Stufe beeinflusst. Von besonderem Interesse sind der Entstehungsort und der Mechanismus der Strömungsphänomene, die zur Stabilitätsminderung führen. Zuletzt wird der Einfluss des CTs auf den Wirkungsgrad des Radialverdichters untersucht. Die gleichzeitig durchgeführten instationären Strömungssimulationen vervollständigen das physikalische Verständnis der geplanten Messkampagne.

Weiterentwicklung von Methoden zur Erfassung, Modellierung und Beurteilung des Emissionsgeschehens in Nutztierställen, Teilvorhaben 8

Im Rahmen des Verbundprojektes 'Weiterentwicklung von Methoden zur Erfassung, Modellierung und Beurteilung des Emissionsgeschehens in Nutztierställen' (EmiMod) sollen Methoden zur Bestimmung der Emissionen von diffusen Flächenquellen (z.B. frei gelüftete Schweine- und Rinderställe mit Ausläufen/Laufhöfen und weitere externe Emissionsquellen wie Güllebehälter) untersucht und weiterentwickelt werden. Im Fokus des Vorhabens stehen die Emissionen von Ammoniak, klimawirksamen Gasen, Geruch und Bioaerosolen. Ziel ist die Vereinfachung der Untersuchungsmethodik und die Entwicklung eines differenzierten Verfahrens zur Beurteilung des Emissionsgeschehens von diffusen Flächenquellen für verschiedene Untersuchungszwecke (Bestimmung von Emissionsfaktoren, Ermittlung von Emissionsminderungsleistungen, Emissionsmonitoring in der Praxis). Die Überarbeitung und Anpassung der Messstrategien erfolgt in einem iterativen Prozess basierend auf den erhobenen Messdaten verknüpft mit Erkenntnissen aus mechanistischen Modellierungen, numerischen Strömungssimulationen und Künstliche-Intelligenz-(KI)-Anwendungen. Nach Abschluss des Vorhabens sollen die vereinfachten Mess- und Beurteilungsmethoden Anwendung in der Praxis finden. Die detaillierte Beschreibung der Vorgehensweisen in Form eines Methodenhandbuchs werden mit Hilfe geeigneter Kommunikationsstrategien und über angepasste Web-Anwendungen an die (Fach-)Öffentlichkeit vermittelt. Zudem werden die Projektergebnisse im Fachrepositorium Lebenswissenschaften veröffentlicht und damit für weitere Forschungszwecke zur Verfügung gestellt.

Weiterentwicklung von Methoden zur Erfassung, Modellierung und Beurteilung des Emissionsgeschehens in Nutztierställen

Im Rahmen des Verbundprojektes 'Weiterentwicklung von Methoden zur Erfassung, Modellierung und Beurteilung des Emissionsgeschehens in Nutztierställen' (EmiMod) sollen Methoden zur Bestimmung der Emissionen von diffusen Flächenquellen untersucht und weiterentwickelt werden. Das betrifft beispielsweise frei gelüftete Schweine- und Rinderställe mit Auslaufflächen (z.B.Tierwohlställe) sowie weitere externe Emissionsquellen (insbesondere Flüssigmistlagerbehälter). Im Fokus des Vorhabens stehen die Emissionen von Ammoniak, klimawirksamen Gasen, Geruch und Bioaerosolen. Ziel ist die Vereinfachung der Untersuchungsmethodik und die Entwicklung eines differenzierten Verfahrens zur Beurteilung des Emissionsgeschehens von diffusen Flächenquellen für verschiedene Untersuchungszwecke (Bestimmung von Emissionsfaktoren, Ermittlung von Emissions-minderungsleistungen, Emissionsmonitoring in der Praxis). Die Überarbeitung und Anpassung der Messstrategien erfolgt in einem iterativen Prozess basierend auf den erhobenen Messdaten und verknüpft mit Erkenntnissen aus mechanistischen Modellierungen, numerischen Strömungssimulationen und Künstliche-Intelligenz-Anwendungen. Nach Abschluss des Vorhabens sollen die vereinfachten Mess- und Beurteilungsmethoden Anwendung in der Praxis finden. Die detaillierte Beschreibung der Vorgehensweisen in Form eines Methodenhandbuchs werden mit Hilfe geeigneter Kommunikationsstrategien und über angepasste Web-Anwendungen an die (Fach-)Öffentlichkeit vermittelt. Zudem werden die Projektergebnisse im Fachrepositorium Lebenswissenschaften veröffentlicht und damit für weitere Forschungszwecke zur Verfügung gestellt.

Weiterentwicklung von Methoden zur Erfassung, Modellierung und Beurteilung des Emissionsgeschehens in Nutztierställen, Teilvorhaben 3

Im Rahmen des Verbundprojektes 'Weiterentwicklung von Methoden zur Erfassung, Modellierung und Beurteilung des Emissionsgeschehens in Nutztierställen' (EmiMod) sollen Methoden zur Bestimmung der Emissionen von diffusen Flächenquellen (z.B.frei gelüftete Schweine- und Rinderställe mit Ausläufen/Laufhöfen und weitere externe Emissionsquellen wie Güllebehälter) untersucht und weiterentwickelt werden. Im Fokus des Vorhabens stehen die Emissionen von Ammoniak, klimawirksamen Gasen, Geruch und Bioaerosolen. Ziel ist die Vereinfachung der Untersuchungsmethodik und die Entwicklung eines differenzierten Verfahrens zur Beurteilung des Emissionsgeschehens von diffusen Flächenquellen für verschiedene Untersuchungszwecke (Bestimmung von Emissionsfaktoren, Ermittlung von Emissionsminderungsleistungen, Emissionsmonitoring in der Praxis). Die Überarbeitung und Anpassung der Messstrategien erfolgt in einem iterativen Prozess basierend auf den erhobenen Messdaten verknüpft mit Erkenntnissen aus mechanistischen Modellierungen, numerischen Strömungssimulationen und Künstliche-Intelligenz-(KI)-Anwendungen. Nach Abschluss des Vorhabens sollen die vereinfachten Mess- und Beurteilungsmethoden Anwendung in der Praxis finden. Die detaillierte Beschreibung der Vorgehensweisen in Form eines Methodenhandbuchs werden mit Hilfe geeigneter Kommunikationsstrategien und über angepasste Web-Anwendungen an die (Fach-)Öffentlichkeit vermittelt. Zudem werden die Projektergebnisse im Fachrepositorium Lebenswissenschaften veröffentlicht und damit für weitere Forschungszwecke zur Verfügung gestellt.

Projekt: Entwicklung einer KI-basierten Vorhersage der Sturmwurfwahrscheinlichkeit entlang der Schieneninfrastruktur - STORMRaiL - pecanode GmbH

Weiterentwicklung von Methoden zur Erfassung, Modellierung und Beurteilung des Emissionsgeschehens in Nutztierställen, Teilvorhaben 1

Im Rahmen des Verbundprojektes 'Weiterentwicklung von Methoden zur Erfassung, Modellierung und Beurteilung des Emissionsgeschehens in Nutztierställen' (EmiMod) sollen Methoden zur Bestimmung der Emissionen von diffusen Flächenquellen untersucht und weiterentwickelt werden. Das betrifft beispielsweise frei gelüftete Schweine- und Rinderställe mit Auslaufflächen (z.B.Tierwohlställe) sowie weitere externe Emissionsquellen (insbesondere Flüssigmistlagerbehälter). Im Fokus des Vorhabens stehen die Emissionen von Ammoniak, klimawirksamen Gasen, Geruch und Bioaerosolen. Ziel ist die Vereinfachung der Untersuchungsmethodik und die Entwicklung eines differenzierten Verfahrens zur Beurteilung des Emissionsgeschehens von diffusen Flächenquellen für verschiedene Untersuchungszwecke (Bestimmung von Emissionsfaktoren, Ermittlung von Emissions-minderungsleistungen, Emissionsmonitoring in der Praxis). Die Überarbeitung und Anpassung der Messstrategien erfolgt in einem iterativen Prozess basierend auf den erhobenen Messdaten und verknüpft mit Erkenntnissen aus mechanistischen Modellierungen, numerischen Strömungssimulationen und Künstliche-Intelligenz-Anwendungen. Nach Abschluss des Vorhabens sollen die vereinfachten Mess- und Beurteilungsmethoden Anwendung in der Praxis finden. Die detaillierte Beschreibung der Vorgehensweisen in Form eines Methodenhandbuchs werden mit Hilfe geeigneter Kommunikationsstrategien und über angepasste Web-Anwendungen an die (Fach-)Öffentlichkeit vermittelt. Zudem werden die Projektergebnisse im Fachrepositorium Lebenswissenschaften veröffentlicht und damit für weitere Forschungszwecke zur Verfügung gestellt.

Modellierung der Eisbergdrift im Weddellmeer zur Bestimmung des Süßwassereintrages durch Schmelzen und Zerfall

Ziel der Arbeiten ist die Untersuchung der Drift kleinerer und mittlerer Eisberge im Weddellmeer und des damit verbundenen Süßwassereintrags mit Hilfe gemessener Driftbahnen und numerischer Modellrechnungen. Dabei soll die regionale Verteilung des Schmelzwassereintrags und dessen Bedeutung für die Stabilität der polaren Wassersäule untersucht werden. Ferner soll der Eintrag von Substanzen bestimmt werden, die das Algenwachstum beeinflussen können. Die Driftmessungen erfolgen durch eine tägliche Übertragung der Eisbergpositionen mittels ARGOS Sender. Das Driftmodell berücksichtigt neben der direkten Wirkung von Wind, Ozeanströmung, Meeresoberflächenneigung und Erdrotation auch die Kräfte, die bei einer geschlossenen Meereisbedeckung auftreten, und beinhaltet basales und laterales Schmelzen. Die Ergebnisse der Analyse der Driftbeobachtungen werden zur Validierung der Modellergebnisse und zur Optimierung der angewendeten Parametrisierungen herangezogen.

Schwerpunktprogramm (SPP) 2238: Dynamik der Erzmetallanreicherung, Teilprojekt: Modellierung der CHROMium-Anreicherung im Erdmantel und in der Erdkruste

Das Hauptziel des CHROME-Projekts ist die Entwicklung thermodynamisch konsistenter Mehrphasenströmungsmodelle, die die Bildung von podiformen Chromitvorkommen in ophiolithischen Einheiten erklären können. Ophiolite bestehen aus Gesteinen, die Anzeichen von Schmelz-/Kristallisationsprozessen während ihrer Entstehung aufweisen. Da Chrom ein sehr kompatibles Element ist, wird erwartet, dass es beim Schmelzen im Residuum verbleibt. Unsere vorläufigen experimentellen Ergebnisse zeigen jedoch, dass Cr-Spinell mit zunehmendem H2O-Gehalt instabil wird und zusammen mit den übrigen Silikatmineralen (hauptsächlich Pyroxenen) schmilzt. Diese Konsumierung von Cr-Spinell führt zu einem dramatischen Anstieg des Cr-Gehalts in der Schmelze. Doch trotz dieses Anreicherungsprozesses reicht diese Cr-Konzentration nicht aus, um Chromit-Lagerstätten zu bilden. Daraus schließen wir, dass eine zusätzliche Mobilisierung und Cr-Anreicherung dieser Schmelzen notwendig sind. Um die Prozesse des Schmelztransports zu modellieren, muss die Dynamik der reaktiven Mehrphasenströmungen in wasserreichen, Cr-gesättigten Magmen aus dem Erdmantel berücksichtigt werden. Durch die Modellierung der verschiedenen Endglieder der Cr-Anreicherung (z. B. Konvektion oder reaktiver Transport) werden wir in der Lage sein, einige der verfügbaren Hypothesen zur Bildung von podiformen Cr-Lagerstätten zu bestätigen/zu verwerfen oder sogar zu verfeinern. Wir planen die Durchführung von Phasengleichgewichtsexperimenten an den peridotitischen Gesteinen, die die Cr-Erze beinhalten. Diese Experimente werden uns Schlussfolgerungen erlauben, die für die weitere Entwicklung von Modellen zum reaktiven Transport benötigt werden. Wir planen, mehrphasige, reaktive Strömungsmodelle anzuwenden, um Einblicke in die mit der Erzbildung verbundenen Prozesse zu gewinnen. Diese Modelle werden parallel zu Experimenten durchgeführt, in denen Schmelzen mit Mantelgesteinen re-equilibriert werden. Unser kombinierter Modellierungs-/Experimentalansatz wird eine gründliche Überprüfung der vorgeschlagenen Modellierungsansätze ermöglichen. Unser Ziel ist es, Modelle zur reaktiven Mehrphasenströmung zu verwenden, um die Erzbildungsprozesse (von der Quelle bis zur Lagerstätte) zu modellieren. Dabei wird unser vorgeschlagenes Modell petrologische und Gelände-Befunde von natürlichen podiformen Chromitlagerstätten berücksichtigen.

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