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Rheology of PDMS silicones used for analogue modelling in the experimental tectonics laboratory at China University of Petroleum (CUP)

This dataset provides rheometric data of three PDMS silicones used for analogue modelling in the experimental tectonics laboratory at China University of Petroleum (CUP). The material samples have been analyzed at the Laboratory for Experimental Tectonics at GFZ Helmholtz Centre for Geosciences, Potsdam (HelTec) using an Anton Paar Physica MCR 301 rheometer in a plate-plate configuration at room temperature (21˚C). Rotational (controlled shear rate) tests with shear rates varying from 10^4 to 1 s^-1 were performed. According to our rheometric analysis, the material is quasi-Newtonian (n~1) at strain rates below 10-2 s-1 and weakly shear rate thinning above. The viscosities of the three materials range between 8*10^4 to 3*10^5 Pa s.

Rheology of PDMS Korasilon fluids M used at the Laboratory for Experimental Tectonics at GFZ Helmholtz Centre for Geosciences, Potsdam, Germany

This dataset provides rheometric data of PDMS Korasilon® Fluids M used for analogue modelling at the Laboratory for Experimental Tectonics at GFZ Helmholtz Centre for Geosciences, Potsdam, Germany. The material samples have been analyzed at the Laboratory for Experimental Tectonics at GFZ Helmholtz Centre for Geosciences, Potsdam (HelTec) using an Anton Paar Physica MCR 301 rheometer in a plate-plate configuration at room temperature (21˚C). Rotational (controlled shear rate) tests with shear rates varying from 10-4 to 1 s-1 were performed. According to our rheometric analysis, the material is Newtonian (n = 1) at strain rates below 1 s-1. The viscosities range from 10 to 2000 Pa s.

Hydrogeologische Übersichtskarte von Niedersachsen 1 : 200 000 - Schutzpotenzial der Grundwasserüberdeckung

Die Karte "Hydrogeologische Übersichtskarte von Niedersachsen 1 : 200 000 - Schutzpotenzial der Grundwasserüberdeckung" bewertet die anstehenden Gesteine nach Beschaffenheit und Mächtigkeit im Hinblick auf ihr Vermögen, den oberen Grundwasserleiter vor der Befrachtung mit potenziellen Schadstoffen zu schützen. Das Grundwasser gilt dort als gut geschützt, wo gering durchlässige Deckschichten über dem Grundwasser die Versickerung behindern und wo große Flurabstände zwischen Gelände und Grundwasseroberfläche eine lange Verweilzeit begünstigen. Das Schutzpotenzial wird summarisch drei Klassen zugeordnet, in denen unterschiedliche stoffmindernde Eigenschaften der Gesteine in der Grundwasserüberdeckung zusammengefasst dargestellt werden. • gering < 1m gering durchlässige Gesteine (Ton, Schluff) oder < 5m gut durchlässige Gesteine (Fein- bis Mittelsand) oder < 10m sehr gut durchlässige Gesteine (Grobsand, Kies, klüftiges oder verkarstetes Festgestein) • mittel 1 - 5m gering durchlässige Gesteine (Ton, Schluff) oder 5 – 10m gut durchlässige Gesteine (Fein- bis Mittelsand) oder > 10m sehr gut durchlässige Gesteine (Grobsand, Kies, klüftiges oder verkarstetes Festgestein) • hoch > 5m gering durchlässige Gesteine (Ton, Schluff) oder > 10m gut durchlässige Gesteine (Fein- bis Mittelsand) Grundsätzlich ist Grundwasser gegen Befrachtungen mit potenziellen Schadstoffen, die als flüssige Phasen oder gelöst mit den versickernden Niederschlägen eingetragen werden, überall dort geschützt, wo gering durchlässige Deckschichten über dem Grundwasser die Versickerung behindern und wo große Flurabstände zwischen Gelände- und Grundwasseroberfläche eine lange Verweilzeit begünstigen, innerhalb der Stoffminderungsprozesse wirksam werden können. Bei den zu betrachtenden Stoffen können grob drei Gruppen unterschieden werden: • biologisch abbaubare Stoffe (z.B. bestimmte organische Verbindungen, Stickstoffverbindungen) • adsorbierbare Stoffe (z.B. bestimmte organische Verbindungen, Schwermetalle, einige Kationen von Salzen) • persistente Stoffe (z.B. bestimmte organische Verbindungen) Bei den Stoffminderungsprozessen, die durch lange Verweilzeiten in der ungesättigten Zone begünstigt werden, sind mehrere Kriterien zu berücksichtigen: • bei flüssigen Phasen spielt die Viskosität eine große Rolle, dünnflüssige Phasen können leicht durchsickern, während pastöse Phasen bereits im Boden zurückgehalten werden. • feste Phasen im Gestein oder an der Oberfläche werden je nach Löslichkeit unterschiedlich ausgewaschen • bei der Adsorption von Stoffen spielen die verfügbaren Oberflächen von Tonmineralen und der Gehalt an organischem Kohlenstoff eine übergeordnete Rolle. Die Versickerungsfähigkeit wässriger Lösungen beruht wesentlich auf der Durchlässigkeit der durchsickerten Gesteine. Diese wiederum hängt von den effektiven Hohlraumanteilen ab, die im Lockergestein durch den Porenraum, im Festgestein durch vernetzte Klüfte, Schichtfugen und Lösungshohlräume bestimmt werden. In die Klasse „gering“ sind die Gebiete eingestuft, in denen aufgrund sehr geringer Mächtigkeiten oder des Fehlens potenzieller Barrieregesteine (Ton, Schluff), bzw. geringer Flurabstände die Verweildauer von eingedrungenen Schadstoffen kurz ist und adsorptive Oberflächen kaum oder gar nicht vorhanden sind. Daher können Stoffminderungsprozesse (Abbau, Adsorption) kaum stattfinden. In die Klasse „mittel“ sind die Gebiete eingestuft, in denen aufgrund mittlerer Mächtigkeiten potenzieller Barrieregesteine (Ton, Schluff), bzw. mittlerer Flurabstände die Verweildauer von eingedrungenen Schadstoffen mäßig ist und adsorptive Oberflächen in geringem Umfang vorhanden sind. Daher können Stoffminderungsprozesse (Abbau, Adsorption) in beschränktem Maße stattfinden. In die Klasse „hoch“ sind die Gebiete eingestuft, in denen aufgrund großer Mächtigkeiten potenzieller Barrieregesteine (Ton, Schluff), bzw. großer Flurabstände bei durchlässigen Gesteinen die Verweildauer von eingedrungenen Schadstoffen groß ist und /oder adsorptive Oberflächen in hohem Umfang vorhanden sind (Ton). Daher können Stoffminderungsprozesse (Abbau, Adsorption) in besonders starkem Maße stattfinden. Potenzielle Reinigungsvorgänge im grundwassererfüllten Bereich bleiben außer Betracht. Festgesteinsgebiete wurden anhand des Grundwasserleitvermögens der oberflächennah anstehenden Gesteine beurteilt.

Neues, energieeffizientes, durch maschinelles Lernen unterstütztes Verfahren zur Konzentrierung in der Gelatineherstellung

Die Firma GELITA mit Hauptsitz in Eberbach ist der größte Produzent und Anbieter von Gelatine und kollagenen Peptiden weltweit und produziert ein breites Sortiment an Gelatine-Produkten für den Bereich Food und Pharma. Grundlage ist die Verarbeitung von tierischen Produkten, aus denen die benötigten Grundstoffe zur Weiterverarbeitung für Gelatine gewonnen werden können. Die Verarbeitung von Lebensmitteln ist, und dies trifft auch für die Verarbeitung von Gelatine zu, eine der energieintensivsten Branchen in Deutschland. Daher ist das Ziel Energie in den Fertigungsprozessen von hochwertigen Lebensmitteln einzusparen allgegenwärtig. Ein wesentlicher Verfahrensschritt in der Herstellung von Gelatine ist die Konzentrierung und Trocknung einer wässrigen Gelatinelösung bis zu einem Feststoff, der nach heutigem Stand der Technik gemahlen und weiterverarbeitet werden kann. Speziell die Trocknung ist sehr aufwändig und energieintensiv, da sehr viel Dampf erzeugt und vorgehalten werden muss. Ziel des Vorhabens ist es daher, den derzeitigen Prozess aus Konzentrierung und Trocknung durch ein energetisch günstigeres Verfahren zu ersetzen. Die Nachteile und Limitierungen des zur Konzentrierung eingesetzten Dünnschichtverdampfers sollen durch die Entwicklung eines Planetenextruders mit großer innerer Oberfläche überwunden werden. Das Verfahren soll zusätzlich durch den Einsatz von maschinellem Lernen intelligent gesteuert werden, um alle möglichen Gelatinequalitäten und Viskositäten effizient verarbeiten zu können. Dieser Extruder soll mittels seiner Förderwerkzeuge die verschiedenen, meist hochviskosen Medien durch Entgasung, auch unter dem optionalen Einsatz eines Vakuums, energetisch optimiert aufkonzentrieren, so dass eine erheblich vereinfachte Trocknung folgen kann. Unter Berücksichtigung aller Stellgrößen, könnten über dieses neue innovative Verfahren Energieeinsparungen bei der Herstellung von Gelatine von ca. 34 GWh pro Jahr erreicht werden.

Schadstoffarme Korrosions-und Chromatkontrolle in Wärmeträgeranlagen mit Nitratschmelzen, Teilvorhaben: Entwicklung und Demonstration von Hochtemperaturmesstechnik zur Bestimmung der dynamischen Viskosität und Wärmeleitfähigkeit von elektrisch leitenden und korrosiven Salzschmelzen

Zusammen mit der Entwicklung und Demonstration von 'Chromat zehrenden Salz-Additiven' durch das DLR und einer 'korrosionshemmenden Schicht' durch die DECHEMA, entwickeln und erproben vier KMUs synergetisch Innovationen ihrer jeweiligen Produkte. Aus der gemeinsamen Implementierung der Innovationen durch den Anlagenbauer heat11, unter der unabhängigen Begutachtung des TÜV, resultiert die Demonstration einer Flüssigsalzanlage der nächsten Generation im Technikumsmaßstab. Entsprechend der zentralen Innovationen hat das SAKONI-Vorhaben sechs inhaltliche Schwerpunkte, die gemeinsam bearbeitet werden: 1. Die Entwicklung, Konstruktion und Demonstration einer wartungsarmen vertikalen Zentrifugalpumpe für den Einsatz in Salzschmelzen bis 600°C durch die Firma Düchting. 2. Die Entwicklung und Anpassung der wirtschaftlichsten thermischen Isolierung für Rohrleitungssysteme bei 600°C, unter der Berücksichtigung der bestmöglichen Gesundheitsverträglichkeit, durch die Firma CEPROTEC. 3. Die Konstruktion, Entwicklung und Demonstration einer wetterfesten und hochtemperaturbeständigen Begleitheizung für den Einsatz in CSP-Anlagen mit Salzschmelzen durch die Firma Winkler. 4. flucon entwickelt und baut jeweils die Viskositätsmesstechnik und Wärmeleitfähigkeitsmesstechnik für Anwendungen mit flüssigen Salzschmelzen bei Temperaturen bis 600°C. 5. Die Demonstration von ungefährlichen Additiven für die Salzschmelze, die die Entstehung von krebserregendem Chromat signifikant reduzieren oder die Akkumulation vermeiden, wird im zyklischen Dauerbetrieb über 3000 Stunden im Technikumsmaßstab realisiert (DLR). 6. Die Demonstration und anlagen- sowie labortechnische Untersuchung einer DECHEMA patentierten Ni-P Schicht (korrosionshemmend), die auch nachträglich in Anlagen eingebracht und vor Ort erneuert werden kann.

Lösungsansätze zur Vermeidung von Kabelschäden im Nahbereich von Offshore-Gründungsstrukturen unter Berücksichtigung der Fluid-Struktur-Boden Interaktion

Im Rahmen des Verbundvorhabens 'CableProtect - Lösungsansätze zur Vermeidung von Kabelschäden im Nahbereich von Offshore-Gründungsstrukturen unter Berücksichtigung der Fluid-Struktur-Boden Interaktion (CableProtect)' befasst sich das Teilvorhaben 'Experimentelle und numerische Untersuchung der dynamischen Lasten auf Kabel im Nahfeld von Offshore-Gründungsstrukturen' mit der Ermittlung von Einflussfaktoren auf ungewünschte Kabelbewegungen im Nahfeld von Offshore-Windenergie-Gründungsstrukturen und der Entwicklung erfolgversprechender Lösungsansätze. Motiviert sind die Arbeiten durch Kabelschäden, die durch Abrieb des äußeren Schutzmantels des Kabels am nah gelegenen Kolkschutz entstanden sind. Dabei gelten strömungs- und welleninduzierte Kräfte, die auf das freie Kabel zwischen der Anbindung an die Gründungsstruktur und der Einbettung am Meeresboden einwirken, als Ursachen für Kabelbewegungen. Die Vorhersage des Strömungsfelds ist jedoch komplex, da dieses signifikant von den örtlichen Umgebungsbedingungen und den hydrodynamischen und geomechanischen Wechselwirkungen zwischen Gründungsstruktur, Kabel und Kolkschutz am Meeresboden abhängt. In diesem Zusammenhang thematisiert das Teilvorhaben CableProtect-Loads die hydrodynamisch induzierten Kabellasten unter Berücksichtigung der elastischen Verformung des Kabels. Hierzu werden innovative Berechnungsverfahren auf Basis einer Feldmethode zur Lösung von Reynolds-gemittelten Navier-Stokes Gleichungen weiterentwickelt, um z.B.Wirkungen von Viskosität und Turbulenz (Wirbelablösungen) zu untersuchen. Im Weiteren werden zur Validierung der rechnerischen Ergebnisse der anderen Teilvorhaben Modellversuche zu hydromechanischen Kornumlagerungen unter Strömungs- und Welleneinfluss durchgeführt. Abschließend werden Lösungsansätze zur Reduktion des Schadensrisikos von Kabeln im Nahfeld von Gründungstrukturen mit Fokus auf eine reduzierte Erregung ermittelt, validiert und in einem Auslegungsleitfaden dokumentiert.

Lösungsansätze zur Vermeidung von Kabelschäden im Nahbereich von Offshore-Gründungsstrukturen unter Berücksichtigung der Fluid-Struktur-Boden Interaktion, Teilvorhaben: Experimentelle und numerische Untersuchung der dynamischen Lasten auf Kabel von Offshore-Gründungsstrukturen

Im Rahmen des Verbundvorhabens 'CableProtect - Lösungsansätze zur Vermeidung von Kabelschäden im Nahbereich von Offshore-Gründungsstrukturen unter Berücksichtigung der Fluid-Struktur-Boden Interaktion (CableProtect)' befasst sich das Teilvorhaben 'Experimentelle und numerische Untersuchung der dynamischen Lasten auf Kabel im Nahfeld von Offshore-Gründungsstrukturen' mit der Ermittlung von Einflussfaktoren auf ungewünschte Kabelbewegungen im Nahfeld von Offshore-Windenergie-Gründungsstrukturen und der Entwicklung erfolgversprechender Lösungsansätze. Motiviert sind die Arbeiten durch Kabelschäden, die durch Abrieb des äußeren Schutzmantels des Kabels am nah gelegenen Kolkschutz entstanden sind. Dabei gelten strömungs- und welleninduzierte Kräfte, die auf das freie Kabel zwischen der Anbindung an die Gründungsstruktur und der Einbettung am Meeresboden einwirken, als Ursachen für Kabelbewegungen. Die Vorhersage des Strömungsfelds ist jedoch komplex, da dieses signifikant von den örtlichen Umgebungsbedingungen und den hydrodynamischen und geomechanischen Wechselwirkungen zwischen Gründungsstruktur, Kabel und Kolkschutz am Meeresboden abhängt. In diesem Zusammenhang thematisiert das Teilvorhaben CableProtect-Loads die hydrodynamisch induzierten Kabellasten unter Berücksichtigung der elastischen Verformung des Kabels. Hierzu werden innovative Berechnungsverfahren auf Basis einer Feldmethode zur Lösung von Reynolds-gemittelten Navier-Stokes Gleichungen weiterentwickelt, um z.B.Wirkungen von Viskosität und Turbulenz (Wirbelablösungen) zu untersuchen. Im Weiteren werden zur Validierung der rechnerischen Ergebnisse der anderen Teilvorhaben Modellversuche zu hydromechanischen Kornumlagerungen unter Strömungs- und Welleneinfluss durchgeführt. Abschließend werden Lösungsansätze zur Reduktion des Schadensrisikos von Kabeln im Nahfeld von Gründungstrukturen mit Fokus auf eine reduzierte Erregung ermittelt, validiert und in einem Auslegungsleitfaden dokumentiert.

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.

Die Wirkung der makromolekularen Adsorption auf die Stabilitaet von Suspensionen

Aufklaerung des Zusammenhangs zwischen der Struktur adsorbierter Polymerschichten auf suspendierten Partikeln und der Stabilitaet dieser Suspensionen. Untersuchungsmethoden: A) zur Adsorption: Spektroskopie (IR, NMR), Ellipsometrie, Kalorimetrie. B) zur Stabilitaet: Viskositaet, Sedimentation, Elektrophorese, Photokorrelationsspektroskopie.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1788: Study of Earth system dynamics with a constellation of potential field missions, Auswirkungen des geomagnetischen Feldes auf die vertikale Kopplung durch Schwerewellen in der Thermosphäre/Ionosphäre

Schwerewellen (GW) stellen nicht nur den zentralen Kopplungsmechanismus zwischen der unteren Atmosphäre und dem Thermosphäre/Ionosphäre (TI) System dar, sondern haben auch einen wichtigen Einfluss auf das Erdklima. Ein Großteil der Schwerewellen hat ihren Ursprung in der Troposphäre. Durch ihre vertikale Ausbreitung übertragen sie Energie und Impuls zwischen den verschiedenen atmosphärischen Schichten. Ionenreibung und molekulare Viskosität sind die wichtigsten Dissipationsmechanismen der Schwerewellen in der TI. Magnetfeldschwankungen verändern die Brechungseigenschaften der Atmosphäre (großräumige Temperatur und Windfelder) und modulieren damit die Ionenreibung. Das Primärziel dieses Projektes ist die Erforschung und Quantifizierung der Einwirkungen der Magnetfeldvariationen auf die Ausbreitung und Wirkungsmechanismen der Schwerewellen, die aus der unteren Atmosphäre stammen, und die daraus resultierende dynamische Rückkopplung. Vor allem soll untersucht werden, ob Schwerewellen eine Verbindung zwischen dem Trend der Magnetfeldschwächung und der beobachteten starken Abkühlung der Thermosphäre herstellen können. Die Studie soll mit dem Coupled Middle Atmosphere Thermosphere-2 (CMAT2) genannten allgemeinen Zirkulationsmodell durchgeführt werden. Ein wichtiger Teil von CMAT2 ist die von uns entwickelte und implementierte state-of-the-art spektrale, nichtlineare GW Parametrisierung. Die Ergebnisse neuer numerischer Simulationen mit CMAT2 sollen mit schon vorhandenen und zukünftigen Beobachtungen, z.B. der SWARM Satelliten verglichen werden. Wir erwarten neben Fortschritten im fundamentalen Verständnis der Schwerewellenkopplung auch zu Verbesserungen von Weltraumwettervorhersagen beitragen zu können.

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