Das Projekt "Joint interpretation of two tracer tests with reversed flow fields" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Heidelberg, Institut für Umweltphysik durchgeführt. Two dipole tracer experiments were performed in a fractured rock at the Grimsel Test Site in February/March 1993. In both experiments NaCl was used as a tracer. The extraction rate was twice the injection rate. In the second experiment injection and extraction were interchanged (Reverse-Experiment). Long tailing was characteristic of the breakthrough curves in both experiments. The tests were interpreted using a single facture allowing for diffusion into an immobile matrix. We were able to interpet the breakthrough curves for both experiments by one unique set of parameters, describing transport and baseflow. Uniqueness could only be achieved when using the information of both experiments. We conclude that performing a Reverse-Experiment is an indispensable tool for parameter identification in dipole tracer tests. A sensitivity analysis proved that not only matrix diffusion is responsible for the tailing in the breakthrough curves but also transversal dispersivity. Further, the typical exchange time between mobile and immobile media was too small to be attributed to matrix diffusion in the strict sense which will causetailing even at large spatial and temporal scales. Analysis of the covariance matrices showed that the parameters have small errors but high correlation. Methods and techniques used: Glaerkin-Finite-Elemente Method, Newton-Raphson, Levenberg-Marquardt, Preconditioned Conjugate Gradient Method, Maximum-Likelihood-Theorie, Confidence Ellipses.
Das Projekt "Verhalten von Schadstoffen in geologischen Systemen (Boden und Grundwasser)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich, Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre ICG-4: Agrosphäre durchgeführt. Ziele: 1. Bestimmung effektiver Transportparameter wie Dispersion und hydraulische Leitfaehigkeit aus kleinskaligeren Modellen. 2. Identifikation charakteristischer Parameter zur Beschreibung von Adsorption und Desorption loeslicher Substanzen am bzw. vom Sediment. 3. Rekonstruktion von Fliesswegen und Transportgroessen aus geophysikalischen Messungen. 4. Analyse der Transportprozesse in Batch- und Saeulenversuchen (im Labor) und im Feldmassstab (Versuchsgelaende mit 72 Grundwassermessstellen). 5. Entwicklung von Softwarepaketen zur Simulation des Verhaltens von Schadstoffen in Grundwasserleitern, die sowohl fuer UNIX Umgebungen als auch fuer die Parallelrechner des Forschungszentrums verfuegbar sind. Auf Grund ihrer komplementaeren Eigenschaften kommen hierbei sowohl 'Finite Elemente (FE)' als auch 'Partide-Tracking' zum Einsatz.
Das Projekt "Soil-gas transport-processes as key factors for methane oxidation in soils" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Institut für Geo- und Umweltnaturwissenschaften, Professur für Bodenökologie durchgeführt. Methane (CH4) is a major greenhouse gas of which the atmospheric concentration has more than doubled since pre-industrial times. Soils can act as both, source and sink for atmospheric CH4, while upland forest soils generally act as CH4 consumers. Oxidation rates depend on factors influenced by the climate like soil temperature and soil moisture but also on soil properties like soil structure, texture and chemical properties. Many of these parameters directly influence soil aeration. CH4 oxidation in soils seems to be controlled by the supply with atmospheric CH4, and thus soil aeration is a key factor. We aim to investigate the importance of soil-gas transport-processes for CH4 oxidation in forest soils from the variability the intra-site level, down to small-scale (0.1 m), using new approaches of field measurements. Further we will investigate the temporal evolution of soil CH4 consumption and the influence of environmental factors during the season. Based on previous results, we hypothesize that turbulence-driven pressure-pumping modifies the transport of CH4 into the soil, and thus, also CH4 consumption. To improve the understanding of horizontal patterns of CH4 oxidation we want to integrate the vertical dimension on the different scales using an enhanced gradient flux method. To overcome the constraints of the classical gradient method we will apply gas-diffusivity measurements in-situ using tracer gases and Finite-Element-Modeling. Similar to the geophysical technique of Electrical Resistivity Tomography we want to develop a Gas Diffusivity Tomography. This will allow to derive the three-dimensional distribution of soil gas diffusivity and methane oxidation.
Das Projekt "Entwicklung von Messtechniken zur Lärmquellenidentifizierung in Kabinen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmut-Schmidt-Universität, Universität der Bundeswehr Hamburg, Institut für Fahrzeugtechnik und Antriebssystemtechnik durchgeführt. Ziel dieses Projektes ist es, ein schnelles automatisiertes Messverfahren zur Nutzung im Innenraum der Flugzeugkabine zu entwickeln. Durch diese Neuentwicklung wird einerseits die Produktentwicklungszeit drastisch verkürzt (schnelle Messung) und andererseits ein höherer Qualitätsstandard erreicht. Denn ein Ziel der Kabinenverbesserung ist es, die Lärmbelastung sowohl für die Passagiere als auch für die Flugzeugbesatzung deutlich zu senken, um so die Umweltverträglichkeit des Produktes zu verbessern. Das Verfahren ist ebenfalls übertragbar auf andere Innenräume wie z.B. in Bahnen, Schiffen oder Straßenfahrzeugen. Im Rahmen dieses Projektes ist zunächst ein numerisches Berechnungsverfahren entwickelt worden, welches auf einer inversen FEM-Berechnung beruht. Hierbei wird die Schallintensität am Rande des Kabinenquerschnittes berechnet, wobei in einem Bereich die Schallwechseldrücke im Innenraum der Kabine durch Messung bekannt sind. Probleme dieser Art sind schlecht gestellt ('ill-posed') da kleine Ungenauigkeiten der gemessenen Daten sich in sehr großen Abweichungen in der Lösung auswirken. Durch eine umfangreiche mathematische Aufbereitung der Messdaten (Finite-Elemente-Analyse und Regularisierung) gelingt jedoch eine deutliche Verbesserung der Ergebnisse.
Das Projekt "Aktive Schallreduzierung in halbgeschlossenen Innenräumen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmut-Schmidt-Universität, Universität der Bundeswehr Hamburg, Institut für Fahrzeugtechnik und Antriebssystemtechnik durchgeführt. Gegenstand der Forschung ist die mathematische und messtechnische Untersuchung von Systemen zur aktiven Schallreduzierung. Aufgrund von Arbeitsschutz- und Umweltschutzvorschriften, aber auch aufgrund gestiegener Komfort-Bedürfnisse der Menschen werden Maßnahmen zur Schallreduzierung immer wichtiger. Da gerade bei niedrigen Frequenzen passive Maßnahmen sehr große Gewichte und Bauvolumina erfordern, werden hier vermehrt aktive Systeme eingesetzt. Im Rahmen der aktuellen Forschung wird ein ANC-System sowohl numerisch als auch experimentell untersucht. Die numerischen Untersuchungen bestehen aus Berechnungen des geregelten und ungeregelten Schallfeldes mit der Methode der Finiten Elemente. Aus den daraus gewonnenen Daten werden die optimalen Positionen für Sensoren und Aktuatoren bestimmt. Diese Berechnungen werden durch experimentelle Untersuchungen validiert. Weiterhin dienen die experimentellen Untersuchungen zur Entwicklung und Auswahl geeigneter Reglerkonzepte. Anhand der durchgeführten Untersuchungen sollen Aussagen zur Auslegung des Systems, wie z.B. Positionierung und Größe der Lautsprecher auch ohne experimentelle Untersuchungen ermöglicht werden.
Das Projekt "Altlastenbewältigung unter Einbeziehung des natürlichen Reinigungsvermögens - Teilprojekt Modellierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Erlangen-Nürnberg, Fachbereich IV - Fach Mathematik, Lehrstuhl für Angewandte Mathematik I durchgeführt. Im Rahmen des Teilprojekts Modellierung des Forschungsverbundvorhabens 'Nachhaltige Altlastenbewältigung unter Einbeziehung des natürlichen Reinigungsvermögens' wird ein Prognoseinstrument entwickelt, das die Ausbreitung und den Abbau von Schadstoffen in der (un-)gesättigten Bodenzone in Form einer numerischen Simulation abbildet. Dazu musste in der ersten Projektphase ein existierendes Simulationswerkzeug (Richy1D) insbesondere um die Beschreibung von natürlichen Abbauvorgängen erweitert werden. Die nötigen Arbeiten auf dem Gebiet der Modellentwicklung resultierten zunächst in Implementierungen von Abbaumechanismen 0. und 1. Ordnung, die bereits lineare, irreversible Reaktionsnetzwerke mit beliebigen Reaktionspartnern abbildbar machen. Derartige Abbauketten sind etwa zur vereinfachten Beschreibung des LHKW-Abbaus weit verbreitet. Die Abhängigkeit der Reaktionsraten von Vorhandensein und Aktivität lebender Organismen, die diese Abbauvorgänge katalysieren, wird vom Monod-Modell widergespiegelt. Dieses wurde formuliert und implementiert für Umsetzungen mit beteiligter Biomasse und zwei Reaktionspartnern, dem Elektronendonator und einem Elektronenakzeptor (sog. 3-Komponentenmodell). Die Berücksichtigung des Konzepts der Redoxzonen, in welchen unterschiedliche Mikrobenspezies agieren und verschieden Abbauwege möglich sind, mündet in der Formulierung eines allgemeinen Monod-Modells mit einer beliebigen Anzahl von unterschiedlichen Biomassenspezies, Abbauwegen, Reaktionspartnern und Hemmstoffen. Um schließlich allgemeinste chemische Reaktionsgleichgewichte oder Kinetiken berücksichtigen zu können, wird derzeit an der Realisation eines allgemeinen Mehrkomponentenmodelles gearbeitet. Die Nutzung komplexer Simulationsmodelle für reale Fallstudien stellt hohe Anforderungen an die Datenlage der Standorte. Ein Hilfsmittel zur Gewinnung von Modellparametern stellt die Identifizierung dieser mittels inverser Simulation geeigneter (Säulen-) Experimente dar. Die am Lehrstuhl entwickelte Software wurde hier entsprechend den Anforderungen eines Teilprojekts einem speziellen Experimentdesign, dem sog. Kreislaufexperiment, angepasst. Desweiteren wurde eine neue Parametrisierungsmöglichkeit für die zu identifizierenden Funktionen geschaffen, welche zu verbesserter numerischer Stabiliät führt. Die Funktionen sind nun durch monotone, stückweise kubische Splines darstellbar. Die Identifizierungssoftware ist auch auf die Parameter des 3-Komponenten-Monod-Modells erweitert. Zur Erstellung einer räumlich dreidimensionalen, instationären Wasserhaushalts- und Stofftransportsimulation Richy3D wurden zunächst zweidimensionale Vorarbeiten auf die aktuellste Version des Programmbaukastens ug portiert, was sowohl die Verfolgung adaptiver Rechenkonzepte (variable Steuerung numerischer Parameter wie Zeitschrittweite und Feinheit des räumlichen Gitters) ermöglicht, als auch einen übergang zu parallelen Datenstrukturen bietet. Dazu wurde in weiten Teilen die Diskretisierung ...
Das Projekt "Reduzierung der Geraeuschemission an grossflaechigen Motorenbauteilen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität der Bundeswehr Hamburg, Fachbereich Elektrotechnik durchgeführt. Zur Einhaltung der stetig steigenden Anforderungen des Gesetzgebers, aber auch der Endverbraucher gilt es, die Geraeuschabstrahlung der Automobile und hierbei insbesondere der Motoren zu reduzieren. Mit Hilfe experimenteller und vor allem numerischer Methoden werden neue Konzepte der Reduktion der Schallabstrahlung entwickelt und bewertet.
Das Projekt "Teilprojekt: Berechnung der Standsicherheit und des Verformungsverhaltens von Deponien mittels konventioneller Verfahren und FE-Berechnungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Lehrstuhl und Institut für Grundbau, Bodenmechanik, Felsmechanik und Verkehrswasserbau durchgeführt. Beim Entwurf von Siedlungsabfalldeponien muessen die Standsicherheit der Deponie, die Verschiebungen in Muellkoerper und Untergrund sowie die auf die Abdichtung wirkenden Belastungen untersucht werden. Dazu bieten sich numerische Berechnungen nach der Finite-Elemente-Methode an, die es ermoeglichen, den Einfluss der Muelleigenschaften, der Deponiegeometrie sowie des Aufbaus Dichtungselemente, der Eigenschaften der einzelnen Komponenten der Abdichtung sowie des Untergrundes zu beruecksichtigen. Siedlungsabfaelle unterscheiden sich in ihrem Spannungs-Verformungsverhalten stark von Lockergesteinen. In diesem Forschungsprojekt werden deshalb verschiedene bodenmechanische Stoffgesetze auf ihre Eignung zur Beschreibung des Spannungdehnungsverhaltens von Siedlungsabfaellen untersucht und neue Ansaetze zu einer verbesserten Beschreibung der inneren Lastabtragung entwickelt. Auf der Basis dieser Stoffgesetze werden in Finite-Elemente- Berechnungen die in Deponiekoerper und Abdichtung entstehenden Spannungen und Verformungen untersucht.
Das Projekt "Dämpfung von intelligenten miniaturisierten Systemen mit Formgedächtnislegierungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Mikrostrukturtechnik durchgeführt. In dem beantragten Projekt werden neuartige filmbasierte Dämpfungsmechanismen auf der Grundlage von Formgedächtnislegierungen (FGL) untersucht, numerisch erfasst und validiert, die entweder den superelastischen Effekt (SE) oder den thermischen Formgedächtniseffekt (FGE) nutzen. Dies wird eine neue Generation von intelligenten miniaturisierten Dämpfungssystemen für portable oder mobile Anwendungen ermöglichen, die einen rausch- und ruckfreien Betrieb erlauben als auch zusätzliche Detektionsmechanismen aufgrund der starken Kopplung der thermischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften beinhalten. FGL-Materialien und Bauelemente weisen aufgrund einer Phasenumwandlung erster Ordnung eine nichtlineare Spannungs-Dehnungs-Antwort und Hysterese auf, welche eine zielgerichtete Optimierung und Kontrolle dissipativer Prozesse bei hohen Spannungs- und Dehnungswerten von 500 MPa und 5% erlaubt. Aufgrund des großen Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen bei FGL Dünnfilmen ist einen schnelle Wärmeabfuhr mit Zeitkonstanten im Bereich von Millisekunden möglich. Ausgangsmaterialien sind Filme basierend auf TiNi, deren SE und FGE-Eigenschaften optimiert wurden. Die dissipativen Mechanismen darauf aufbauender Teststrukturen während zyklischer Belastung werden durch finite Elemente-Simulationen beschrieben, die auf einem Phasenfeldmodell beruhen, das Phasenumwandlung, Dehnungsänderung und Wärmeströme zeitaufgelöst beschreibt. Mehrere Generationen von Film-basierten FGL-Dämpfungselementen werden entwickelt und evaluiert, die auf passiven (SE) oder aktiven Mechanismen (FGE) oder Kombinationen daraus beruhen. Strategien zur Reduktion der Freiheitsgrade der aufgestellten Modelle (Model Order Reduction) werden getestet, um die Komplexität der Simulationen zu verringern. Zur Modellintegration auf der Systemebene sind Lumped Element Models vorgesehen. Ein miniaturisiertes Kameramodul wird als Demonstrator entwickelt, um die Effizienz der filmbasierten FGL-Dämpfungsmethoden und praktikable Kontrollalgorithmen für die Systemdynamik zu untersuchen. Zusätzliche Funktionalität wie intrinsische Temperatur- und Positionskontrolle werden ebenfalls berücksichtigt.
Das Projekt "Teilvorhaben: Formoptimierung und Parameterstudie an Hohlkammerfundamenten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Bochum, Fachgebiet Massivbau durchgeführt. Im Rahmen des Projektes zur Entwicklung maßkonfektionierter Hohlkammermatrizen für die Anwendung in Leichtbaufundamenten erarbeitet die Hochschule Bochum zunächst optimierte Formen der Hohlkammergeometrien. Die Optimierung erfolgt so, dass für unterschiedliche Kombinationen aus Biegemoment und Querkraft jeweils diejenige Hohlkammerform ermittelt wird, mit der das verdrängte Betonvolumen maximiert wird, die einwirkenden Schnittgrößen aber noch aufgenommen werden können. Vorgesehen ist, dass bei einer späteren Anwendung des Systems in der Praxis die so optimierten Hohlkammertypen im Anschluss an die Ermittlung der Schnittgrößen eines Fundamentes an den Stellen mit den entsprechenden Schnittgrößenkombinationen angeordnet werden. Auf diese Weise wird eine maximale Betonvolumenverdrängung in der Fundamentplatte erreicht. Die Optimierung wird zunächst für Platten mit einer Dicke von 40 cm durchgeführt. Anschließend werden die Ergebnisse auf Platten mit Dicken von 50-100 cm übertragen. Durch die Anordnung von Hohlkammern unterschiedlicher Formen und Größen, verändern sich die Steifigkeitsverhältnisse in Leichtbaufundamenten gegenüber der Situation ohne Hohlkammern. Im Rahmen einer Parameterstudie mit FEM-Simulationen wird daher untersucht, inwieweit sich die veränderten Steifigkeitsverhältnisse auf die Schnittgrößenverteilungen in Leichtbaufundamentplatten mit air-Kon-Matrizen auswirken. Hierbei wird insbesondere ermittelt, in welchen Fällen die Schnittgrößenumlagerungen so groß sind, dass an einzelnen Stellen die Schnittgrößen nicht mehr aufgenommen werden können. Die Ergebnisse der Finite-Element-Simulationen fließen ein in die abschließende Erarbeitung eines Bemessungskonzeptes für Leichtbaufundamente mit air-Kon-Matrizen. In Fällen zu großer Schnittgrößenumlagerungen müssen Faktoren, mit denen die Schnittgrößen korrigiert werden, zur Anwendung kommen oder Einschränkungen bei der Kombinierbarkeit unterschiedlicher Hohlkörperformen erfolgen.
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