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Aus der Atmosphäre in den Boden - wie Druckfluktuationen den Gastransport im Boden beeinflussen

Gasaustausch findet in der Atmosphäre primär durch turbulenten und laminaren Fluss statt. Im Boden dagegen spielt advektiver Gastransport eine untergeordnete Rolle, stattdessen dominiert Diffusion die Transportprozesse. Trotz der Unterschiedlichkeit und scheinbaren Unabhängigkeit dieser Prozesse wurde während Freilanduntersuchungen ein Anstieg von Gastransportraten im Boden um mehrere 10 % während Phasen starken Windes beobachtet. Dieser Anstieg ist auf wind-induzierte Druckfluktuationen zurückzuführen, die sich in das luftgefüllte Porensystem des Bodens fortpflanzen und zu einem minimal oszillierenden Luftmassenfluss führen (Pressure-pumping Effekt). Durch den oszillierenden Charakter des Luftmassenflusses ist der direkte Beitrag zum Gastransport sehr gering. Die damit einhergehende Dispersion führt jedoch zu einem Anstieg der effektiven Gastransportrate entgegen des Konzentrationsgradienten. Wird der Pressure-pumping (PP) Effekt bei der Bestimmung von Gasflüssen mit der Gradienten- und Kammermethode nicht berücksichtigt, kann dies zu großen Unsicherheiten in der Bestimmung von Bodengasflüssen führen. Insbesondere für das langfristige Monitoring von treibhausrelevanten Gasflüssen stellen diese Unsicherheiten ein zentrales Problem dar. Wir stellen vier Hypothesen auf:(H1) Der PP-Effekt ist abhängig von Bodeneigenschaften.(H2) Die Ausprägung von Luftdruckfluktuationen ist abhängig von der Rauigkeit verschiedener Landnutzungen (Wald, Grasland, landwirtschaftliche Kulturen, Stadt)(H3) Kammermessungen werden durch Luftdruckfluktuationen beeinflusst.(H4) Der Austausch und Umsatz von Methan in Böden von Mittelgebirgswäldern wird durch den PP-Effekt verstärkt. Die Hypothesen 1, 3 und 4 werden mittels Laboruntersuchungen von Proben verschiedener Böden und Bodenfeuchtebedingungen überprüft. Die Hypothese 2 wird durch Freilandmessungen an verschiedenen Standorten überprüft. Ziele des Vorhabens sind: (Z1) Modelle zu entwickeln, die die Quantifizierung des Einflusses der Bodenstruktur auf den PP-Effekt ermöglichen, (Z2) den Effekt der Oberflächenrauigkeit auf Luftdruckschwankungen zu quantifizieren, (Z3) Schwellenwerte zu definieren, die die Bestimmung von Standorten mit ausgeprägtem PP-Effekt ermöglichen, (Z4) Faktoren für die Berücksichtigung des PP-Effekts für Kammermessungen zu entwickeln, (Z5) Faktoren für die Berücksichtigung des PP-Effekts für die Gradienten Methode zu entwickeln, (Z6) den Einfluss des PP-Effekts auf die Methanaufnahme von Böden in Mittelgebirgswäldern zu bestimmen. Ein besseres Verständnis des bisher nur unzureichend untersuchten PP-Effekts wird wesentlich dazu beitragen, die Verlässlichkeit und Präzision von Messungen von Bodengasflüssen zu steigern, die die Grundlage für weitergehende Forschung darstellen.

Verfahren und Vorrichtung zum Entlacken und zum Entfernen von Schichten von Flaechen unter Verwendung von mit Eispartikeln versetztem Hochdruckwasser

Entwicklung eines Verfahrens zum Entlacken und zum Entfernen von Schichten von Flaechen durch eishaltiges Hochdruckwasser und Bau eines Prototyps der Eisstrahlanlage

Sicherheit in unterirdischen städtischen Verkehrsbereichen bei Einsatz neuer Energieträger (SUVEREN), Teilvorhaben: Erforschung der Hochdruckwassernebel-Technologie zur Bekämpfung von Bränden in Verbindung mit New Energy Carriers

Motivation: Um Ressourcen zu schonen und CO2-Emissionen zu reduzieren, werden seit einiger Zeit alternative Fahrzeugantriebe entwickelt und verwendet. Viele PKW-Hersteller bieten eine breite Palette von Fahrzeugen an, die rein elektrisch, hybrid, d. h. in Kombination von Verbrennungsmotor und Elektroantrieb, oder gasgetrieben fahren. Obwohl die Anzahl neu zugelassener Hybrid- und Elektroautos stark angestiegen ist, gibt es bislang kaum belastbare Untersuchungen, wie sich die neuen Energieträger, z. B. im Fall von Bränden, verhalten. Ziele und Vorgehen: Das Projekt SUVEREN erforscht physikalische Phänomene, die im Zusammenhang mit dem Einsatz neuer Energieträger in unterirdischen Verkehrsbereichen auftreten können. Dazu wird u. a. das Brandverhalten von Batterien und Gasdruckbehältern sowie von in Fahrzeugen verbauten Verbundmaterialien untersucht. Wichtige Forschungsinhalte sind die Interaktion zwischen Rauchgasen und Löschmitteln sowie Möglichkeiten der Bekämpfung von z. B. Batteriebränden durch Sprinkler oder Wassernebellöschanlagen. In die Risikoanalyse werden die speziellen räumlichen Gegebenheiten in urbanen unterirdischen Räumen, wie Tiefgaragen und Tunneln, einbezogen. Innovationen und Perspektiven: Mit dem verstärkten Einsatz neuer Energieträger in unterirdischen Räumen wird im Hinblick auf die öffentliche Sicherheit Neuland betreten. Im Vorhaben wird daher ein Sicherheitskonzept zum Umgang mit diesen Energieträgern erarbeitet, das u.a. die Gestaltung von Brandbekämpfungsanlagen, Löschmitteln, Flucht- und Rettungswegen sowie Maßnahmen für Einsatzkräfte beinhaltet. Es ist vorgesehen, die Ergebnisse in nationale und europäische Normen und Regelwerke einfließen zu lassen.

KMU-Innovativ - Baukleines Hochdruck-Massenspektrometer zur schnellen und sicheren Spreng- und Gefahrstoffdetektion (HiP-MS), Teilvorhaben: Grundlegende Untersuchung zur Realisierbarkeit des Messprinzips und Aufbau eines baukleinen Demonstrators

Ziel des Vorhabens ist es, grundlegende Untersuchungen zur Realisierung eines Hochdruck-Massenspektrometers durchzuführen, mit dem toxische Industriechemikalien und Explosivstoffe vor Ort innerhalb von Sekunden detektiert werden können. Zusammen mit der Leibniz Universität Hannover soll ein Flugzeitspektrometer erforscht werden, welches in einem Druckbereich betrieben wird, welcher zwischen dem eines klassischen Flugzeitspektrometers (ToF-MS), d.h. Hochvakuum, und eines Ionenmobilitätsspektrometers (IMS), d.h. Umgebungsdruck, liegt. Das Hochdruck-Massenspektrometer (HiP-MS) soll zur Aufrechterhaltung des Unterdruckes nur mit einer einfachen Vorpumpe ausgestattet werden, sodass das Gerät auch mobil eingesetzt werden kann. In diesem Teilvorhaben werden u.a. Untersuchungen zur Realisierbarkeit des Probenahmesystems und des Unterdrucksystems durchgeführt. Elektronische Schaltkreise werden entworfen und realisiert, sowie der mobile Demonstrator aufgebaut. Zusammen mit potentiellen Endanwendern wird der Demonstrator getestet und charakterisiert.

Generierung pulsierender Prallstrahlen zur Erhöhung der Kühleffektivität im Turbinengehäuse^1.1.8 Detaillierte experimentelle und numerische Untersuchungen der Strömung in einer Radialverdichterstufe mit Rückführung^3.1.6 Flächenhafte Messung der internen Wärmeübergänge für Kühlsysteme von Turbinenlaufschaufeln unter maschinenähnlichen Betriebsbedingungen^Sensitivität der Ausfallwahrscheinlichkeit für thermisch und mechanisch belastete Gasturbinenkomponenten mittels adjungierter Verfahren^Stabilität des Verdichtungssystems bei Off-Design Zuströmbedingungen' - Vorhaben 1.2.4a^Projekt 2.3.4, Fortgeschrittene Messmethoden der Verbrennungstechnik^3.2.10 Kühlungsmanagement; Titel: Neuartige Dichtungen für Gasturbinen^COORETEC-Turbo 2020^1.1.6b Effiziente Laufschaufelgestaltung mit Gehäusestrukturierung^4.1.12 Akustische Schaufelschwingungsanregung im rotierenden System^Wärmeübergangsintensivierung in konvektiven Kühlsystemen mit optimierten Oberflächenstrukturen^3.2.11.: Ausführung und Validierung eines Prüfstandes zur Untersuchung von Seitenwandeinflüssen filmgekühlter Schaufelreihen einer Industriegasturbine^2.3.4C Fortgeschrittene Messmethoden der Verbrennungstechnik^3.2.5 Aerothermische Interaktion zwischen Brennkammer und Turbine^4.1.7 Neuartige Seitenwandprofile zur Wirkungsgradverbesserung^2.3.2B Modellierung thermoakustischer Rückkoppelungen für Mage Verbrennungskonzepte, Vorhaben 2.3.4.A

Die TU Darmstadt entwickelt ein Laser-Hygrometer auf Basis der Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (direkt-TDLAS) zur Zwei-Linien-Thermometrie an Hochdruck-Brennkammern. In einem zweiten Schritt wird planare laserinduzierte Fluoreszenz am OH-Radikal zur zeitlich hochaufgelösten Diagnostik in der Hauptreaktionszone einer Gasturbinenbrennkammer angewendet. Zunächst wird eine Selektion geeigneter Absorptionslinien und die Neubestimmung deren spektroskopischer Liniendaten durchgeführt. An die Charakterisierung der Laser schließt sich die Konzeption des Spektrometers und die Erprobung an einem Modellbrenner der RSM-Hochdruckkammer an. Schließlich wird das Spektrometer zur Gastemperaturmessung an der Versuchsbrennkammer HBK2(DLR Köln) eingesetzt. Des Weiteren wird die Eignung der Nutzung des an den Brennkammerwänden entstehenden Streulichts untersucht. Im Bereich der Highspeed - OH- PLIF wird die Einkopplung der UV-Laserstrahlung in die Brennkammer realisiert. Darauffolgend erfolgt die PLIF Messung am SCARLET Rig (HBK3) an der DLR Köln.

KMU-Innovativ - Baukleines Hochdruck-Massenspektrometer zur schnellen und sicheren Spreng- und Gefahrstoffdetektion (HiP-MS), Teilvorhaben: Grundlegende Untersuchungen zu Miniaturisierungseffekten in der Hochdruck-Massenspektrometrie

Toxische Industriechemikalien, welche bei Unfällen oder gezielt durch terroristische Anschläge freigesetzt werden, stellen genauso wie Sprengstoffe eine erhebliche Gefahr für die zivile Sicherheit dar. Durch die wissenschaftliche Erforschung eines neuen Ansatzes, den Betrieb eines Massenspektrometers bei hohem Druck, zur hochsensitiven und schnellen vor-Ort-Detektion relevanter Gefahrstoffe sollen in diesem Teilvorhaben die wissenschaftlichen Grundlagen für die spätere Entwicklung eines baukleinen Hochdruck-Massenspektrometers (HiP-MS) geschaffen werden, um so den Schutz von Einsatzkräften und der Gesellschaft vor Bedrohungen durch Terrorismus und Großschadenslagen zu verbessern. Im Vorhaben ist daher ein modularer, baukleiner Demonstrator zur Klärung der wissenschaftlichen Fragestellungen aufzubauen und eingehend zu untersuchen. Die Kombination aus hohem Druck und hoher elektrischer Feldstärke führt dabei zu neuen Effekten bei der Ionenbildung und Ionentrennung, die eine schnelle, zuverlässige und hochempfindliche Gefahrstoffdetektion ermöglichen. Dieses Teilvorhaben konzentriert sich auf die wissenschaftlichen Grundlagen zur Ionisation und Substanzidentifikation sowie den Entwurf eines Systems mit hoher analytischer Leistungsfähigkeit trotz kleiner Baugröße.

Entwicklung und Konstruktion einer vollautomatisierten Kabine zur Dekontamination von Bauteilen (AuDeKa) mittels Hochdruckwasserstrahlen, Automatisierte Dekontaminationskabine für den Einsatz beim Rückbau kerntechnischer Anlagen - Teilprojekt: Entwicklung und Konstruktion einer vollautomatisierten Dekontaminationskabine mittels Hochdruckwasserstrahlen

Ziel des Verbundprojektes ist die Entwicklung eines Verfahrens zur automatisierten Dekontamination von gering belasteten Bauteilen mit Hilfe des Hochdruckwasserstrahlens und ihre automatisierte Dokumentation. Die Funktionsfähigkeit soll an Hand eines Laborrobotiksystems nachgewiesen werden. Die RST GmbH bearbeitet die Teilaspekte Ermittlung der Anforderungen an die Anlage, Erstellung der Spezifikation, Entwicklung/Konstruktion der Dekontzelle und notwendiger Bauteilspannsysteme, Kostenschätzung einer Prototypenanlage und wirkt bei der Algorithmenentwicklung, den Versuchen im Labormaßstab und den Auswertungen der Entwicklungsergebnisse mit.

Entwicklung und Konstruktion einer vollautomatisierten Kabine zur Dekontamination von Bauteilen (AuDeKa) mittels Hochdruckwasserstrahlen, Entwicklung und Konstruktion einer vollautomatisierten Kabine zur Dekontamination von Bauteilen mittels Hochdruckwasserstrahlen - Teilprojekt: Entwicklung eines Verfahrens zur automatischen Programmierung von Roboterbahnen aus Punktwolken und seine Verifizierung an einem Robotersystem im Labormaßstab

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Verfahrens zur automatisierten Dekontamination von gering belasteten Bauteilen mit Hilfe des Hochdruckwasserstrahlens und ihre automatisierte Dokumentation. Die Funktionsfähigkeit soll an Hand eines Laborrobotiksystems nachgewiesen werden. Die iUS Institut für Umwelttechnologien und Strahlenschutz bearbeitet die Teilaspekte Wissensmanagement, automatisierte Dokumentation und wirkt bei der Spezifikation / Konzeptentwicklung und Algorithmenentwicklung der Bahnsteuerung mit.

Entwicklung und Konstruktion einer vollautomatisierten Kabine zur Dekontamination von Bauteilen (AuDeKa) mittels Hochdruckwasserstrahlen, Automatisierte Dekontaminationskabine für den Einsatz beim Rückbau kerntechnischer Anlagen - Teilprojekt: Dokumentation 4.0

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Verfahrens zur automatisierten Dekontamination von gering belasteten Bauteilen mit Hilfe des Hochdruckwasserstrahlens und ihre automatisierte Dokumentation. Die Funktionsfähigkeit soll an Hand eines Laborrobotiksystems nachgewiesen werden. Die iUS Institut für Umwelttechnologien und Strahlenschutz bearbeitet die Teilaspekte Wissensmanagement, automatisierte Dokumentation und wirkt bei der Spezifikation / Konzeptentwicklung und Algorithmenentwicklung der Bahnsteuerung mit.

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