Das Projekt "Fortsetzungsantrag: Simulation der auf van der Waals Wechselwirkungen beruhenden Haftmomente" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Wuppertal, Institut für Partikeltechnologie durchgeführt. Wenn man die Widerstandsfähigkeit von Partikel-Partikel oder Partikel-Wand Kontakten untersucht, kommt den Wechselwirkungen zwischen den Haftpartnern eine elementare Bedeutung zu. Im laufenden Projekt, das Teil des Schwerpunktprogramms PiKo der DFG (Deutsche Forschungsgesellschaft) ist, wurde eine Computersimulation geschrieben, die den Fall der Partikel-Wand Haftung beschreibt. Die Haftkraft wird für jedes Atom der haftenden Partikel in Wechselwirkung mit der Wand berechnet und die einzelnen Haftkräfte zu einer resultierenden Partikelhaftkraft summiert. Auf diese Weise werden Verteilungsfunktionen berechnet, im Besonderen für das Haftmoment der abgelagerten Partikel. Es werden zwei verschiedene Fälle von Partikeln betrachtet, die glatte Kugel mit Abplattung und die raü Kugel mit Zweipunktkontakt. Die Berechnung der im Kontaktfall herrschenden Kräfte und Momente gibt Aufschluss über die Widerstandsfähigkeit der Verbindung gegenüber externen Belastungen. Die Simulation hat einen modularen Aufbau und erlaubt es so mit wenig Aufwand Berechnungen zu tauschen, zu vergleichen, hinzuzufügen oder zu kombinieren.
Das Projekt "Scaling und Ausgasung in Geothermieanlagen - Einflussfaktoren, Kinetik, Inhibitoren und technische Maßnahmen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Kern- und Energietechnik (IKET) durchgeführt. Bestimmung und Quantifizierung des Einflusses verschiedener Parameter auf Scaling und Ausgasung in Geothermieanlagen: Temperatur, Druck, Schergeschwindigkeit, chemische Zusammensetzung und Übersättigung, Zusätze organischer Stoffe, Oberflächenbeschichtungen. Die genaue Kenntnis dieser Abhängigkeiten ermöglicht die gezielte Parametervariation zur Reduktion von Scaling. Ferner erlaubt sie Geothermieanlagen dichter an der Entgasungsgrenze zu fahren. Beides spart Betriebs- und Reinigungskosten, sorgt für einen stabilen Anlagenbetrieb und erhöht dadurch insgesamt die energetische Ausbeute von Geothermieanlagen. Untersuchung der Kinetik der Barytausfällung bei verschiedenen Schergeschwindigkeiten, Stoffmengenverhältnissen, Übersättigungsgraden, Salzkonzentrationen und bei Zusatz organischer Stoffe. Bestimmung der Teilchengrößen in Abhängigkeit der Reaktionszeit mit Hilfe des Shadow-Master-Verfahrens. Evaluierung der Möglichkeiten des gezielten Scalings. Adaption einer Ausfällungsstrecke am Geothermiekraftwerk Unterhaching zur Quantifizierung der Kalk- und Silicat-Ausfällungen. Untersuchung der Möglichkeiten der Druck- und Temperaturabsenkung. Entwicklung eines Ultraschall-Diagnoseverfahrens zur Bestimmung des Void-Gehalts. Untersuchung geeigneter Rohmaterialien und -beschichtungen zum Vermeiden von Ablagerungen. Untersuchung zur Verträglichkeit von Inhibitoren mit Gestein in Batchversuchen.
Das Projekt "REMMlab: Partikelforschung im marinen Milieu - REM-Mikroanalyselabor - Morphologische und mikrochemische Untersuchung von partikulärem Material aus dem marinen Milieu (natürliche Minerale und Organismen) mittels Raster-Elektronenmikroskopie und Röntgen-Mikroanalytik: neue Ziele in der Partikelforschung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW), Sektion Marine Geologie durchgeführt. Hauptziel des Vorhabens ist es unser Verständnis der Prozesse partikulärer Stoffkreisläufe, am Beispiel der Ostsee, grundlegend zu verbessern. Dazu gehört die qualitative und quantitative Beschreibung der geogenen und biogenen partikulären Substanzen von der Bildung (Eintrag, Neubildung) über den Weg durch die Wassersäule bis hin zur Ablagerung und der Diagenese. Zum einen sollen Schwebstoffproben aus der zentralen Ostsee zur Identifikation der fluviatilen und atmosphärisch (z.B. Flugaschen) eingetragenen Bestandteile und der in der Wassersäule neu gebildeten mineralischen und partikulären organischen Phasen mikroanalytisch untersucht und quantifiziert werden. Zum anderen sollen Probenserien aus Sinkstofffallen der zentralen und nördlichen Ostsee und Oberflächensedimente die zeitintegrierten vertikalen Partikelflüsse dokumentieren. Diese Ergebnisse werden über die ausgeweitete Analyse feinst-geschichteter Sedimente Aufschluss über die langfristigen Sedimentationsprozesse und deren zeitliche Variation geben. In ihrer Gesamtheit werden die Ergebnisse die Grundlage prognostischer Ökosystemmodelle verbessern. Den REM-Mikroanalytischen Untersuchungen der morphologischen und chemischen Eigenschaften mariner Partikel ist eine umfängliche Methodenentwicklung vorangestellt. In drei Arbeitspaketen werden die laminierten Sedimente (AP1, AP2) und die Probenserien von Schwebfrachten, von Sinkstofffallen und von Oberflächensedimenten (AP2, AP3) untersucht. Zwischen- und Endergebnisse der einzelnen Arbeitspakete werden auf nationalen und internationalen Tagungen vorgestellt und in Fachzeitschriften publiziert.
Das Projekt "Modellierung/Simulation der Dynamik von Anlagerungs- und Penetrationsprozessen in partikelbelasteten Kühlmittelströmungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Zittau,Görlitz, Institut für Prozeßtechnik, Prozeßautomatisierung und Meßtechnik durchgeführt. Hintergrund der geplanten Untersuchungen ist ein postulierter Kühlmittelverluststörfall in einem KKW. Es wird davon ausgegangen, dass durch einen Leckstrahl (Dampf, Wasser) Isolationsmaterial von Rohrleitungen bzw. anderen Anlagenkomponenten freigesetzt wird und in Folge dessen in dem für die Notkühlung vorgesehenen Kühlmittel in Suspension vorliegt. Die Beschreibung des Penetrationsvorganges und die Bestimmung der daraus resultierenden Menge an Isolationsmaterialpartikeln, die in den Kern gelangen kann setzt voraus, dass auch der zeitliche Ablauf der Ausbildung eines Filterbettes an der Rückhaltevorrichtung nachgebildet werden kann. Dazu sind die entwickelten CFD Modelle aufgrund der Komplexität des Vorganges noch nicht in der Lage. Es ist deshalb ein Werkzeug zur Modellierung und Simulation des dynamischen Anlagerungs- und Penentrationsprozesses von Isolationsmaterial zu entwickeln und zu validieren. In dem zu entwickelnden Modell sind Randbedingungen zu definieren, die für die Beschreibung des zeitlichen Ablaufs des Anlagerungsprozesses und der Penetration relevant sind (z.B. Partikelgrößen, -formen, Geometrie der Rückhaltevorrichtung). Es ergeben sich folgende Arbeitsschritte: Analyse und Definition der Randbedingungen für die Modellkomponenten, Auswahl geeigneter Modellierungs- und Simulationsmethoden, Entwicklung und Validierung der Modelle, Sensivitätsanalysen. Dabei sollen Multi-Agenten Systeme sowie regel- und ereignisorientierte Methoden angewendet werden.
Das Projekt "Modellversuch Filterklärbecken - Modelluntersuchung eines zentralen Niederschlagswasserbehandlungssystems - System Filterklärbecken (FKB)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Wirtschaftsbetrieb Hagen AöR durchgeführt. Entwicklung eines kompakten und überbaubaren Systems zur Reinigung von belastetem iederschlagswasser im Regenwasserkanal. Die Reinigung wird mittels Absetzkammer und zweistufiger Filterung vorgenommen. Die Absetzkammer hat die Aufgabe des Rückhalts des größten Teils der absetzbaren Stoffe. Die erste Filterstufe ist ein Vliesstoff. Dieses filtert weitestgehend die vorhandenen ungelösten Stoffe ab. Zur Aufrechterhaltung der Filterleistung ist ein Reinigungssystem vorgesehen. Die zweite Filterstufe ist ein Mineralfilter. Dieser fällt im begrenzten Maß gelöste Substanzen aus und hält diese im Filterkörper zusammen mit den partikulären Reststoffen, die die erste Filterstufe durchdringen konnten, zurück. Das so gereinigte Niederschlagswasser kann anschließend ohne weitere Behandlung in ein oberirdisches Gewässer eingeleitet werden.
Das Projekt "Erforschung des Einflusses der Mikro- und Makrostruktur textiler Filtermedien auf die periodische Ablösung von Staubschichten mineralischer inerter Partikeln mit dem Ziel der quantitativen Pro-gnose des Langzeitbetriebsverhaltens zyklisch regeneriert" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Wuppertal, Institut für Partikeltechnologie durchgeführt. Bei der Partikelabscheidung aus Gasen mit Oberflächenfiltern bestimmen die periodische Ausbildung und Ablösung von Partikelschichten entscheidend das Betriebsverhalten des Filters. Außer von der jeweiligen Beanspruchungsart und -dauer hängt die Qualität der Regenerierung vor allem von der Haftung zwischen der Partikelschicht und der Filtermedienoberfläche (Adhäsion) sowie von der Festigkeit der Partikelschichtstruktur selbst (Kohäsion) ab. Die Adhäsions- und Kohäsionskräfte werden durch die Struktur des Filterkuchens auf dem Filtermedium entscheidend bestimmt. Die Bildung des Filterkuchens und somit das Regenerierungsverhalten werden durch die Oberflächenbeschaffenheit des Filtermediums entscheidend beeinflusst. Eine fundierte theoretische Beschreibung dieser Wechselwirkungen ist bislang nicht gelungen. Es ist bekannt, dass nach der Filterkuchenablösung die Filteroberfläche immer noch mit einer dünnen Partikelschicht belegt ist. Da Filtermedien im Hinblick auf die Größenordnung der abgelagerten Partikeln meist eine mikroskopisch unebene Flächenstruktur aufweisen, wird eine lokal inhomogene Schichtstruktur in den Schnittebenen des oberflächennahen, porösen Übergangsbereiches zwischen dem Filterkuchen und dem Filtermedium erwartet. Die daraus resultierende inhomogene Haftkräfteverteilung beeinflusst das Ablöseverhalten der Partikelschicht entscheidend. Eingehende Untersuchungen hierzu sind bislang nicht bekannt. Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll experimentell und theoretisch - unterstützt durch Simulationsrechnungen - untersucht werden, wie bei unterschiedlichen, quantitativ charakterisierten, inhomogenen, mikroskopisch unebenen Filtermedienoberflächen einschließlich deren oberflächennahen porösen Übergangsbereiche jeweils charakteristische Partikelschichtstrukturen im unteren Kuchenbereich entstehen und somit bestimmte inhomogene Haftkräfteverteilungen - sowohl hinsichtlich der Größe der Kräfte als auch hinsichtlich deren räumliche Anordnung - hervorgerufen werden, was wiederum das Ablöseverhalten der Partikelschicht dementsprechend charakteristisch beeinflusst. Es soll darauf basierend bei wiederkehrender Partikelbeladung und Regenerierung der Filtermedien erstmalig erforscht werden, welche quantitativen Zusammenhänge zwischen der Änderung des Ablöseverhaltens des Filterkuchens über mehrere Betriebsstadien und den quantitativen Kenngrößen der Filtermedienoberfläche vorhanden sind und wie, ausgehend von der dementsprechend zu charakterisierenden Oberflächenbeschaffenheit eines beliebigen Filtermediums, eine Vorhersage über die Änderung des Regenerierungsverhaltens des Mediums im Betrieb auf einer quantitativen Basis möglich ist. Das so geschaffene Grundlagenwissen wird im Sinne des Nachhaltigkeitsgedankens sowohl über eine verbesserte Energieeffizienz (Betriebskosten) als auch eine höhere Materialeffizienz (Standzeit) in die industrielle Praxis hineinwirken.
Das Projekt "Teilvorhaben: Demonstratorenentwicklung und -tests" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GEA Westfalia Separator Group GmbH durchgeführt. Ziel ist es, aufbauend auf neu gewonnenen Erkenntnissen zur Partikel-Wechselwirkung im Tellerspalt Zentrifugalhilfsmittel zur Erhöhung der Abscheideleistung einzusetzen. Mithilfe dessen soll die Abscheideleistung von Tellerseparatoren auf Kleinstpartikel mit einer Sinkgeschwindigkeit von 1 Millimeter per Stunde und weniger ausgedehnt werden. Auf diese Weise wird auch das Einsatzgebiet der Tellerseparatoren auf neue Anwendungsfelder erweitert. So können in zahlreichen industriellen Trennprozessen durch die Substitution energieintensiver Trenntechnologien nachhaltig Energieeinsparpotenziale realisiert werden. Hierdurch lassen sich Energieeinsparpotentiale von circa 25 Prozent (bei Substitution von Mikrofiltertechnologien) circa 50 Prozent (bei Einsparung ganzer Separationsstufen) erschließen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Modellentwicklung und - validierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Wuppertal, Abteilung Maschinenbau durchgeführt. Ziel ist es, aufbauend auf neu gewonnenen Erkenntnissen zur Partikel-Wechselwirkung im Tellerspalt Zentrifugalhilfsmittel zur Erhöhung der Abscheideleistung einzusetzen. Mithilfe dessen soll die Abscheideleistung von Tellerseparatoren auf Kleinstpartikel mit einer Sinkgeschwindigkeit von 1 Millimeter per Stunde und weniger ausgedehnt werden. Auf diese Weise wird auch das Einsatzgebiet der Tellerseparatoren auf neue Anwendungsfelder erweitert. So können in zahlreichen industriellen Trennprozessen durch die Substitution energieintensiver Trenntechnologien nachhaltig Energieeinsparpotenziale realisiert werden. Hierdurch lassen sich Energieeinsparpotentiale von circa 25 Prozent (bei Substitution von Mikrofiltertechnologien) circa 50 Prozent (bei Einsparung ganzer Separationsstufen) erschließen.
Das Projekt "Aerosole in Festbett-Biomassefeuerungen - Bildung, Wachstum, chemische Zusammensetzung, Deposition uns Abscheidung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Graz, Institut für Grundlagen der Verfahrenstechnik und Anlagentechnik durchgeführt. Das Projekt beschäftigte sich mit aschen- und aerosolbedingten Problemen in Biomassefeuerungen, nämlich Partikelemissionen und Depositionsbildung. Typische Eigenschaften von Aerosolen und Flugaschen, die bei der Verbrennung holzartiger Biomasse gebildet werden, wurden untersucht. Dazu wurden Testläufe an einer Versuchsanlage sowie einer Großanlage durchgeführt. Die Testserien beinhalteten Aerosol-, Flugaschen und Depositionsprobenahmen sowie nasschemische und SEM/EDX Analysen der Proben und zielten auf die Erfassung von Daten bezüglich Korngrößenverteilung, chemischer Zusammensetzung, Gestalt und Konzentrationen von Aerosolen und Flugaschen im Rauchgas ab. Auf Basis dieser Daten wurden Aerosolbildungsmechanismen mittels mathematischer Modellierung untersucht. Außerdem wurden CFD Simulationen angewendet um die Depositionsbildung in Feuerungen und Kesseln zu beschreiben. Das so erlangte Wissen wurde für Untersuchungen bezüglich der Aerosolabscheidung und der Reduktion korrosiver Depositionen eingesetzt. Zur Optimierung von E-Filter und Gewebefilter wurde eine Aerosoldatenbank erstellt und für Kleinanlagen die Eignung des rotierenden Partikelabscheiders als Staubabscheider evaluiert. Außerdem wurde der Einsatz von Additiven zur Beeinflussung der Aerosolbildung untersucht. Abschließend erfolgte ein Vergleich der Aerosolemissionen aus Biomassefeuerungen mit Partikelemissionen aus anderen Quellen, sowie eine Bewertung hinsichtlich deren Auswirkungen auf den menschlichen Organismus.
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