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Found 31 results.

ROCKFLOW - Numerische Simulation von Stroemung, Stoff- und Waermetransport im Festgestein

Fuer zahlreiche Fragestellungen im Zusammenhang mit der Deponierung von Abfaellen, der Altlastensanierung, der Grundwassergewinnung und der Nutzung geothermischer Energie sind Modelluntersuchungen im Kluftgestein durchzufuehren. Dabei sind einerseits geringleitende Formationen fuer die Deponierung von Interesse, die eine wirksame geologische Barriere zur Isolierung von Schadstoffen bilden, andererseits geht es um die Bewirtschaftung von Aquiferen zur Grund- und Thermalwassergewinnung. Die Simulation von Stroemungs- und Transportprozessen in klueftig-poroesen Grundwasserleitern und Grundwassergeringleitern stellt spezifische Anforderungen an die modelltechnische Umsetzung, die aus der signifikanten Inhomogenitaet des klueftigen Untergrunds erwachsen. Zur numerischen Simulation solcher Vorgaenge ist das Finite-Elemente-Programmsystem ROCKFLOW entwickelt worden. Das Programm besteht aus einer Reihe von FE-Rechnenkernen (Kernels), welche die prozessspezifischen Differentialgleichungen mittels Galerkin-FEM approximieren. Diese Rechenkerne sind miteinander verknuepfbar (Models), so dass gekoppelte Prozesse (z.B. Tracertransport durch eine Gasstroemung) simuliert werden koennen. Physikalische Prozesse: Folgende physikalische Prozesse sind modellierbar: - Grundwasserstroemung (Sicker- und Kluftstroemung) - Gasstroemung (kompressible Fluide) - Mehrphasenstroemungen (Systeme aus in- und kompressiblen Fluiden) - nicht- (Forchheimer) und liniare Fliessgesetze (Darcy) - hydrodynamische Dispersion (Scheidegger-Ansatz) - Zerfallreaktionen - nicht- (Freundlich, Langmuir) und lineare Gleichgewichtssorption (Henry) - Dichtestroemungen. Numerik: ROCKFLOW ist ein Finite-Elemente-Simulator, wobei verschieden-dimensionale isoparametrische Elemente beliebig im Raum koppelbar sind. Auf der Basis der Methode der gewichteten Residuen wird eine zur prozessbeschreibenden Differentialgleichung aequivalente sog. 'schwache' Integralformulierung abgeleitet. Es stehen verschiedene Loeser zur Verfuegung (Gauss, BiCGSTAB, QMRCGSTAB), um die resultierenden albebraischen Gleichungssysteme zu loesen. Nichtlineare Probleme werden mit Picard- oder Newton-Verfahren behandelt. Gitteradaption: Ab der dritten Version stehen Methoden fuer eine problemangepasste Gitteradaption zur Verguegung. Der Algorithmus zur Gitteradaption basiert auf einem hierarischen Konzept zur Verfeinerung und Vergroeberung gekoppelter verschieden-dimensionaler Elemente. Diskretisierungsfehler koennen entweder mit heuristischen Indikatoren oder einem analytischem Estimator lokalisiert und quantifiziert werden.

Direkte numerische Simulation turbulenter Vormischflammen auf der Basis einer skalaren Feldgleichung

Das Forschungsvorhaben dient zur Analyse der Interaktion einer Vormischflamme mit einem turbulenten Stroemungsfeld. Um die Vielzahl der dabei auftretenden Einflussparameter zu begrenzen, wird die Annahme einer duennen Flammenfront getroffen, deren Aufenthaltsort durch eine skalare Feldgleichung beschrieben wird. Durch dieses Flameletkonzept fuer die vorgemischte Verbrennung gelingt es, die chemischen von den stroemungsmechanischen Vorgaengen zu trennen. Es existieren dann vier massgebliche Parameter, die in ihrer direkten numerischen Simulation einer Variation unterzogen werden: die laminare Brenngeschwindigkeit, d.h. die Geschwindigkeit, mit der sich die Flamme durch ein ruhendes Gas bewegt, die Marksteinlaenge, die die Sensitivitaet der Flamme gegenueber Kruemmung und Streckung angibt, das Dichteverhaeltnis der verbrannten und unverbrannten Gase sowie die Reynoldszahl der Stroemung. Die ermittelten Ergebnisse sollen zu einem tieferen Verstaendnis der turbulenten, vorgemischten Verbrennung fuehren, um eine fundierte Modellierung, insbesondere der turbulenten Brenngeschwindigkeit, zu ermoeglichen. In einem ersten Schritt wurde die Dichteaenderung durch die Verbrennung vernachlaessigt, so dass die Flamme keine Rueckwirkung auf das Stroemungsfeld hat, und die laminare Brenngeschwindigkeit sowie die Marksteinlaenge wurden variiert. Dabei gelang es, zwei unterschiedliche Regimes der Flammenausbreitung zu identifizieren. Bei hohen Brenngeschwindigkeiten und kleinen Marksteinlaengen erfolgt die Propagation der Flamme nach dem Huyghen'schen Prinzip, waehrend sie sich bei kleinen Brenngeschwindigkeiten und grossen Marksteinlaengen wie ein diffuser Skalar verhaelt.

Ein Radom-Walk-Modell fuer Schwermetallpartikel in natuerlichen Gewaessern

Das Partikelmodell fuer die Simulation des Metalltransports in natuerlichen Gewaessern baut auf einem Lagrangeschen Ansatz auf. Die hydrodynamischen Groessen sowie der Schwebstofftransport werden mit einem FE-Programm fuer dreidimensionale Stroemungen ermittelt. Die advektive Partikelbewegung wird mit der Euler-Methode beschrieben. Alternativ koennen Mehrschrittverfahren oder Praediktor-Korrektor-Verfahren verwendet werden. In vertikaler Richtung muss gegebenenfalls eine Sinkgeschwindigkeit ws beruecksichtigt werden. Das Random-Walk-Modell ist in dieser Form noch nicht auf den Schwermetalltransport ausgerichtet und kann somit fuer alle Partikel verwendet werden, die konservative Eigenschaften aufweisen. Bei Schwermetallen ist dies jedoch nicht der Fall. Sie koennen in einem Gewaesser in geloester und in partikulaer gebundener Form auftreten, wobei der Wechsel zwischen den Phasen durch Sorption und Remobilisierung erfolgt. Aus Messungen ist der Anteil der partikulaer gebundenen Schwermetalle an der Gesamtmenge des betreffenden Elements bekannt, der als Wahrscheinlichkeitswert direkt in das Modell uebernommen wird. Der Unterschied der geloesten und partikulaer gebundenen Teilchen besteht im Modell in der Sinkgeschwindigkeit sowie im Depostitions- und Erosionsverhalten. Die geloesten Schwermetalle in der Wassersaeule werden nur aufgrund der w-Geschwindigkeit aus den Navier-Stokes-Gleichungen vertikal bewegt. Partikulaer gebundene Schwermetalle erhalten dagegen dieselbe Sinkgeschwindigkeit wie der Schwebstoff, an dem sie angelagert sind. Die Depositionswahrscheinlichkeit der partikulaer gebundenen Schwermetalle haengt in Anlehnung an die Formulierung von Krone von der aktuellen Geschwindigkeit des Partikels sowie von einer vorgegebenen kritischen Depositionsgeschwindigkeit ab. Geloeste Teilchen koennen nicht deponiert werden. Fuer die Modellierung der Erosion ist ebenfalls ein Wahrscheinlichkeitsgesetz implementiert. Es beruecksichtigt die Menge des in einem Zeitschritt resuspendierbaren Materials sowie ueber das Geschwindigkeitsquadrat den Einfluss der Bodenschubspannung. Beispielberechnungen wurden fuer das Gebiet der Wesermuendung durchgefuehrt. Dei Randbedingungen ergeben sich aus den Daten der Messkampagne MASEX-85. Messdaten fuer die Schwermetallablagerungen hat die Bundesanstalt fuer Gewaesserkunde (BfG), Koblenz, im Juni und im Oktober 1983 ermittelt.

Experimentelle Untersuchungen ueber die Abhaengigkeit aerodynamischer Geraeusche von grundlegenden stroemungsmechanischen und geometrischen Parametern

Es werden experimentelle Untersuchungen der Geraeuscherzeugung von umstroemten Koerpern in einem weiten Reynolds- und Machzahlbereich durchgefuehrt. Durch die spezielle Konstruktion der Versuchsanlage ist die unabhaengige Variation von Reynolds- und Machzahl moeglich. Ziel ist, die theoretische Beschreibung der Geraeuscherzeugung bei aerodynamischen Schallquellen zu verifizieren und zu einer fuer die technischen Anwendungen praktikablen Formulierung zu erweitern. Hierzu werden anhand umfangreicher Parametervariationen u.a. die Abhaengigkeiten von der Geometrie des umstroemten Koerpers und vom Anstroemzustand ermittelt.

Sicherer Einsatz von Faserdaemmstoffen in thermischen Anlagen mit partikelbeladener Stroemung

Keramische Fasern werden wegen ihrer hervorragenden waermetechnischen Eigenschaften in starkem Masse fuer die Auskleidung von Thermoprozessanlagen eingesetzt. Durch Partikeln (Asche, Staub) kann es bei hohen Stroemungsgeschwindigkeiten zur Erosion der Fasern kommen. Durch theoretische und praktische Untersuchungen werden die Grenzen der Einsetzbarkeit der Fasermaterialien bestimmt. Fuer die Versuche wird eine vorhandene Anlage an der University of Cambridge benutzt. Es ist das Ziel des Vorhabens, das Einsatzgebiet der Fasermaterialien so auszudehnen, dass die bestehenden Energiesparmoeglichkeiten ausgeschoepft werden, ohne die Anlagensicherheit zu gefaehrden und die Umwelt mit Faseremissionen zu belasten.

Grundlegende Untersuchungen zum Laserstrahlschweissen, -loeten und -schneiden von Titan-Werkstoffen zur Herstellung von integralen Strukturen fuer Laminar-(Absaug-)Fluegel

Am gesamten Flugzeug bilden sich durch Transition der Grenzschicht vom Laminar- zum Turbulentzustand im vorderen Bereich der Fluegel, des Seitenleitwerks, etc. turbulente Stroemungen. Das geplante Projekt soll fertigungstechnische Moeglichkeiten aufzeigen, um Leichtbaustrukturen aus Titanwerkstoffen herzustellen, womit sich ein Absaugen der Grenzschicht einer Seitenleitwerksnase realisieren laesst, was zu einer drastischen Treibstoffreduzierung fuehren wuerde. Als Fertigungsmittel soll der Laser als waerme- und verzugsarmes Verfahren zum Schweissen, Loeten und Trennen verwendet werden, wobei in Zusammenarbeit mit der DASA die Frage nach der kostenguenstigsten Loesung sowie der Vergleich zu konventionellen Verfahren zu klaeren ist. Die hierbei auftretenden stroemungstechnischen Fragen sollen durch die DASA geklaert werden. Am Ende des Projektes wird ein Demonstrator hergestellt, an die die Machbarkeit des ausgewaehlten Verfahrens zur Herstellung der Laminatfluegelnase und die Uebertragbarkeit auf andere Flugzeugsektionen nachgewiesen werden kann.

Numerische Simulation lokaler Stroemungsvorgaenge in einem Festbett-Biofilm-Reaktor

In einem Festbett-Biofilm-Reaktor bildet sich der aktive Biofilm auf der Oberflaeche der Schuettungskoerper. Die Eigenschaften des Biofilms (und damit die Qualitaet des gereinigten Abwassers) sind lokal von Groessen wie Geschwindigkeiten, Konzentrationen oder Temperaturen abhaengig. Mittels numerischer Simulationen soll das Geschwindigkeitsfeld untersucht werden, um die stroemungsmechanischen Belastungen des Biofilms zu ermitteln. Es ist bereits bekannt, dass innerhalb der Kugelschuettung erhebliche lokale Geschwindigkeitserhoehungen auftreten, die es nicht erlauben, Auslegungen nur auf der Basis von globalen, gemittelten Groessen durchzufuehren.

Einfluss mechanischer Schwingungen auf die Stroemung im Boden

Mechanische Schwingungen beeinflussen die Stroemung im Boden, da der Stroemungswiderstand des Bodens infolge der Veraenderung der Durchtrittsquerschnitte im Rhythmus der Schwingungen veraendert wird (Atmung). Auch der Stofftransport durch den Boden sowie der damit verbundene Stoffaustrag aus Boden, Grundwasser und Bodenluft wird durch mechanische Schwingungen beeinflusst. Diese Tatsache ist bei der Verbesserung der Durchspuelung und/oder Sanierung des Bodens von besonderem Interesse. Gegenstand des Forschungsvorhabens ist die theoretische Untersuchung der Stroemung im Boden unter dem Einfluss von mechanischen Schwingungen sowie die Entwicklung eines physikalischen Modells zur Verifikation der theoretischen Untersuchungsergebnisse mit Hilfe von Labormessungen. Anwendungsfelder sind neben der Bodensanierung die Injektionstechnik oder die Mineraloelgewinnung.

Experimentelle Untersuchung und Optimierung von Brennersystemen fuer Glasschmelzwannen mit regenerativer Luftvorwaermung

An Glasschmelzwannen treten bedingt durch die hohen Prozesstemperaturen und die notwendige Vorwaermung der Verbrennungsluft sehr hohe NOx-Emissionen auf. Der Einsatz von Kali oder Natronsalpeter zur Laeuterung bei der Herstellung von Spezialglaesern fuehrt zu einer zusaetzlichen NOx-Bildung. Aufgrund der geplanten Verschaerfung der Grenzwerte werden eine Vielzahl der mit regenerativer Luftvorwaermung betriebenen Glasschmelzwannen die gesetzlichen Auflagen nicht erfuellen koennen. Eine Einhaltung der zukuenftigen Grenzwerte kann zur Zeit durch Primaermassnahmen nur in Einzelfaellen erreicht werden. Auf dem Gebiet der Primaermassnahmen wurden in der letzten Jahren erhebliche Fortschritte erzielt. Hierbei wurden insbesondere durch Massnahmen wie Duesensteinabdichtung und Absenkung der Luftzahl in Verbindung mit neuen Verbrennungskonzepten - wie beispielsweise mit der Kaskadenfeuerung und dem Einsatz neuer Brennerlanzen - eine deutliche Absenkung der NOx-Emission erreicht. Die zukuenftigen Grenzwerte koennen an Querbrennerwannen jedoch noch nicht unterschritten werden. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Optimierung der Brennersysteme fuer Glasschmelzoefen, um eine maximale NOx-Minderung - wenn moeglich eine Einhaltung der vom Gesetzgeber vorgegebenen Grenzwerte - allein durch Primaermassnahmen zu erreichen. Dazu wurde eine Forschungskooperation und eine Buendelung des in Deutschland vorhandenen Know-hows angestrebt und in Form der Teilnahme der wichtigsten Unternehmen und Verbaende der Glasbranche am projektbegleitenden Ausschuss verwirklicht. An der GWI-Versuchsanlage werden im Rahmen dieses Forschungsvorhabens Brennersysteme unter den an Glasschmelzwannen ueblichen Randbedingungen, wie Ofenraumtemperatur, Luftvorwaermtemperatur und Brennerleistung untersucht. In der ersten Projektphase werden auf dem Markt befindliche Brennersysteme getestet. In der zweiten Phase werden dann Optimierungsarbeiten hinsichtlich minimaler NOx-Emission und optimalen Waermeuebertragungseigenschaften durchgefuehrt. Dabei wird versucht, die in den letzten Jahren erzielten Fortschritte im Hinblick auf eine Minimierung der NOx-Emission bei Hochtemperaturprozessen auch an den Brennern fuer Glasschmelzoefen umzusetzen.

Modellierung der Hoernum Odde von Sylt mit Hilfe eines Mehrschichtenmodells

Allgemeines: Der im Fachplan Kuestenschutz Sylt dargestellte Kenntnisstand ueber die hydrologischen, morphologischen und sedimentologischen Vorgaenge im Umfeld von Sylt ist durch ein zusaetzliches Untersuchungsprogramm erweitert worden. Aufbauend auf der ersten Projektphase (1986-1990) stehen in der 1991 begonnenden zweiten Phase die Optimierung der Sandvorspuelungen und gegebenenfalls sonstiger baulicher Kuestenschutzmassnahmen im Vordergrund. Die Durchfuehrung des hydrodynamischen Teils des Untersuchungsprogramms wurde dem Institut fuer Stroemungsmechanik und Elektronisches Rechnen im Bauwesen der Universitaet Hannover uebertragen. Die Arbeiten unterteilen sich in die Berechnung von Sedimentations-, Wellen- und Stroemungsprozessen. Insbesondere werden mit einem Mehrschichtenmodell die Gebiete an den Inselenden untersucht, die aufgrund ihrer Topographie komplexe Stroemungssituationen vermuten lassen. Neben diesen Bereichen ist eine dreidimensionale Modellierung auch fuer die sedimentologischen und morphologischen Untersuchungen erforderlich, da eine Beruecksichtigung der vertikalen Geschwindigkeitskomponente unerlaesslich ist, die einen nicht zu vernachlaessigenden Einfluss auf Transportvorgaenge von Bodenerosionspartikeln ausueben kann. Es wurde die Funktionsfaehigkeit des Modells auf der Basis des diskretisierten Untersuchungsgebietes festgestellt. Die wesentlichen Stroemungsmuster konnten qualitativ reproduziert werden. Gegenwaertig wird an dem Abgleich der Modellergebnisse auf die Messdaten gearbeitet. Eine ausfuehrliche Diskussion der Ergebnisse ist daher erst nach der Kalibrierung der Modellparameter moeglich.

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