Das Projekt "Sonderforschungsbereich Transregio 181 (SFB TRR): Energietransfer in der Atmosphäre und im Ozean" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Fachbereich Geowissenschaften, Institut für Meereskunde durchgeführt. Die Energietransfers der drei dynamischen Regime - kleinskalige Turbulenz, interne Schwerewellen und geostrophisch balancierte Strömung - sind fundamental für den Energiezyklus in der Atmosphäre und dem Ozean. Nichtsdestotrotz sind sie aber nicht gut verstanden und quantifiziert, und ihre Repräsentation in modernen Erdsystemmodellen ist unbefriedigend. Weil durch die Interaktion der dynamischen Regime die kleinsten Skalen ultimativ mit den größten Skalen durch eine Vielzahl von komplexen Prozessen verbunden sind, ist das Verständnis dieser Interaktionen wichtig um Ozean- und Atmosphärenmodelle zu konstruieren und um das Klima vorherzusagen. Die gegenwärtige Unkenntnis dieser Prozesse wird durch energetisch inkonsistente Modelle mit relativ großen Fehlern, aber auch durch Inkonsistenzen numerischer und mathematischer Natur, reflektiert. Wir glauben, dass es nun an der Zeit ist momentane Anstrengungen zu kombinieren, diese Defizite zu überwinden, neue Aktivitäten zu fördern die dynamischen Interaktionen zu verstehen und die Konsistenz von Ozean- und Atmosphärenmodellen zu verbessern. Die Arbeit des SFB/TRR soll die Modellfehler reduzieren, die Modellgüte verbessern, und ultimativ die Klimamodelle und Klimavorhersagen verbessern. Die wesentlichen Ziele dieses SFB/TRR sind - i. das notwendige Verständnis der Energietransfers zwischen den verschiedenen dynamischen Regimen in Atmosphäre und Ozean zu entwickeln, - ii. mit diesem Verständnis neue und konsistente Parametrisierungen zu entwickeln und in Modellen zu implementieren und zu testen, und - iii. numerischen Methoden mit konsistenter Energetik zu entwickeln. Es ist unsere Vision dadurch eine energetisch konsistente Beschreibung der Energiekonversionen im Klimasystem zu etablieren sowie physikalisch, mathematisch und numerisch konsistente Ozean- und Atmosphärenmodelle zu entwickeln.
Das Projekt "Stroemungen von temperaturgeschichteten turbulenten Grenzschichten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität der Bundeswehr München, Institut für Strömungsmechanik und Aerodynamik durchgeführt. Mit dem vorhandenen Windkanal koennen temperaturgeschichtete turbulente Grenzschichten erzeugt werden (Grenzschichtdicke ca. 0,7 bis 1 m), die Aehnlichkeit mit bodennahen atmosphaerischen Grenzschichten aufweisen (Simulationsbereich der Gradienten-Richardsonzahl: -0,2 kleiner gleich Ri kleiner gleich +0,2). Die gewuenschten Eigenschaften der Grenzschichten sind durch unterschiedliche Bodenrauhigkeit, Heizen und Kuehlen des Bodens und Aufheizen des ankommenden Luftstroms im erwaehnten Simulationsbereich reproduzierbar einstellbar. Die neu entwickelte Hitzdrahtmesstechnik (X-Draht-Sonde mit zwei Temperaturfuehlern) liefert fuer starke Geschwindigkeits- und Temperaturgradienten einen optimalen halbempirischen Zusammenhang zwischen CTA-Signal und augenblicklicher Geschwindigkeit und Temperatur (im Bereich 1 m/s kleiner gleich U kleiner gleich 10 m/s und 10 Grad Celsius kleiner gleich T kleiner gleich 80 Grad Celsius). Die experimentellen und theoretisch-numerischen Untersuchungen befassen sich mit den Stoerungen der turbulenten Grenzschichten durch abrupte Aenderungen der Randbedingungen und durch um- bzw. ueberstroemte Hindernisse, sowie mit der Ausbreitung inerter Stoffbeimengungen in der gestoerten bzw. ungestoerten Stroemung. Ziele der Untersuchungen sind, die Effekte der Temperaturschichtung und der unterschiedlichen Stoerungen moeglichst getrennt zu erfassen und Datensaetze zu beschaffen, die es ermoeglichen, mathematische Modelle zu testen und zu entwickeln.
Das Projekt "Berechnung der Ausbreitung von Kuehlturmschwaden mit numerisch-mathematischen Modellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe, Fakultät für Maschinenbau, Institut für Technische Thermodynamik durchgeführt. Es soll ein Rechenverfahren bereitgestellt werden, mit dem die Verteilung von Kuehlturmemissionen in der Umgebung eines Kraftwerkes bestimmt werden kann. Dafuer wird ein dreidimensionales Rechenprogramm entwickelt. Es wird ein Turbulenzmodell verwendet, das zwar erheblichen numerischen Aufwand erfordert, dafuer aber auch weitgehend universellen Charakter hat und dementsprechend mit bekannten Stroemungen geeicht werden kann.
Das Projekt "Mehrskalendynamik von Schwerewellen (Koordinatorantrag)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main, Institut für Atmosphäre und Umwelt durchgeführt. Eine Verlässlichkeit von Vorhersagen des Klimawandels ist nur dann gegeben, wenn die dabei verwendeten numerischen Modelle das gegenwärtige Klima aus den richtigen Gründen korrekt simulieren. Offene Fragen betreffen z.B. dynamische Aspekte wie die Vorhersage einer Verstärkung der Brewer-Dobson-Zirkulation, den dynamischen Einfluss der Stratosphäre auf die Troposphäre und ein Überschießen in der Erholung der Ozonschicht. Eine besonders große Unsicherheit stellen in diesem Zusammenhang interne Schwerewellen (SW) dar, die durch gegenwärtige Chemie-Klimamodelle nicht aufgelöst werden. Ihr Einfluss muss durch Parametrisierungen erfasst werden, die heutzutage stark vereinfacht sind. Die Forschergruppe (FG) wird explizite Modelle für die Anregung, Ausbreitung und Dissipation von SW formulieren, die mathematisch und physikalisch konsistent sind. Diese werden anhand von prozessauflösenden Simulationen und Messungen validiert. Spezielle Beachtung werden die Mehrskalenwechselwirkungen von SW mit Turbulenz und der balancierten Strömung finden, sowie die Wechselwirkung von kleinskaligen, nichtaufgelösten SW mit großskaligen, aufgelösten SW. Die entwickelten Modelle werden in eine einheitliche SW-Parametrisierung münden, von den Quellen bis zur Dissipation. Sowohl die SW-Parametrisierung als auch globale SW-erlaubende und lokale SW-auflösende Simulationen sollen verwendet werden, um die Unsicherheiten der SW-Effekte auf die atmosphärische Zirkulation, auf großskalige dynamische Prozesse und auf den Klimawandel einzuschränken. Die Untersuchungen der Wellenprozesse selbst als auch ihrer globalen Auswirkungen werden auf der engen interdisziplinären Wechselwirkung zwischen Mathematik, Theorie, hochauflösender numerischer Modellierung und Messungen basieren. Diese Kombination begründet sich darin, dass nur Messungen den direkten Bezug zur Realität haben, nur Theorie uns verstehen lehrt, und nur hochauflösende Modellierung eine detaillierte Diagnose erlaubt. Ein dergleichen umfassendes Programm übersteigt bei weitem die Möglichkeiten einzelner Institute oder ihrer bilateralen Zusammenarbeit. Es erfordert hingegen eine FG, in der experimentelle, numerische, theoretische und mathematische Erfahrungen zusammengeführt werden. Die langfristigen Ergebnisse der FG sollen sein:- Eine erweiterte und vertiefte Kenntnis der räumlichen, zeitlichen und spektralen Verteilung von SW in der Atmosphäre.- Ein wesentlich verbessertes Verständnis der Prozesse, welche die korrespondierende SW-Dynamik erzeugen und kontrollieren.- Darauf aufbauend eine Verbesserung der Belastbarkeit und Vollständigkeit der Parametrisierung von SW als Subgitterskalenphänomen, Quellprozesse, SW-Ausbreitung, die Wechselwirkung von SW mit der aufgelösten Strömung und SW-Dissipation betreffend.- Als Ergebnis ein verlässlicheres Verhalten von SW-Parametrisierungen unter anomalen Bedingungen, z.B. dem Klimawandel.
Das Projekt "Instationaere Stroemung in viskoelastischen Leitungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Wasserwesen, Lehrstuhl und Laboratorium für Hydraulik und Gewässerkunde durchgeführt. Die Dehnung einer Kunststoffleitung bei Innendruckaenderungen kann durch eine Kriechfunktion beschrieben werden. Sie bildet die Grundlage unterschiedlicher Verfahren, um bei einer Berechnung instationaerer Stroemungsvorgaenge in Druckleitungen den Einfluss viskoelastischer Werkstoffeigenschaften beruecksichtigen zu koennen. Diese Berechnungsmodelle sollen fertig entwickelt werden und die dabei getroffenen Vereinfachungen anhand von Versuchen auf ihre Gueltigkeit ueberprueft werden.
Das Projekt "Entwicklung einer aero-elastischen Simulationssoftware zur numerischen Untersuchung des Einflusses von aktiver Strömungskontrolle an Rotoren von Wind Energie Anlagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Strömungsmechanik und Technische Akustik, Fachgebiet Experimentelle Strömungsmechanik - Hermann-Föttinger-Institut durchgeführt. Die maximale Rotorgröße moderner Wind Energie Anlagen (WEA) wird vor allem durch die Festigkeit der verwendeten Materialien begrenzt. Mit Anwachsen der Rotorgröße und der von Wind überstrichenen Fläche steigen auch die Schwankungen der Windgeschwindigkeit und die resultierenden aerodynamischen Lasten am Rotor, was eine stärkere Materialermüdung verursacht. Eine vielversprechende Möglichkeit zur Verminderung dieser Lasten besteht in der Implementierung von Elementen zur aktiven Strömungskontrolle am Rotor. Das Ziel dieses Forschungsprojektes ist die Entwicklung einer vielseitigen und robusten aero-elastischen Simulationssoftware zur realistischen Bewertung der Leistungsfähigkeit verschiedener Methoden zur Strömungskontrolle. Die Software wird im Rahmen der Partnerprojekte PP2 und PP3 validiert und anschließend angewendet um das Konzept zur Strömungskontrolle aus PP5 zu untersuchen. Die in der Simulation verwendeten instationären Anströmbedingungen werden in PP6 charakterisiert. Der Strömungslöser basiert auf dem Panel Verfahren, welches mit einem Programm zur Strukturberechnung gekoppelt wird. Schließlich wird das Potential von verschiedenen Elementen zur Strömungskontrolle im rotierenden Rotorsystem bei transienter dreidimensionaler Anströmung untersucht. Zusätzlich werden verschiedene Kontrollalgorithmen verglichen. Die im Rahmen dieses Projekts entstehende Software wird anschließend der Öffentlichkeit zugänglich gemacht um den Wissenstransfer aus der Forschung in die Industrie zu unterstützen.
Das Projekt "Anfachung einer turbulenten Kanalstroemung bei erodibler Sohle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe (TH), Fakultät für Bauingenieur- und Vermessungswesen, Institut für Hydrologie und Wasserwirtschaft durchgeführt. Erstellung von Monographien zu den Themen: Ausbreitungsverhalten von Fremdstoff- und Abwaermeeinleitungen in Gewaessern, Austauschvorgaenge Gewaesser-Atmosphaere, regionale Aspekte von Abwasser- und Abwaermeeinleitungen.
Das Projekt "Klimatologische und objektive Darstellung der aktuellen Stroemungsverhaeltnisse an der Nordseekueste" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Freie Universität Berlin, Institut für Meteorologie WE03 durchgeführt.
Das Projekt "Numerische Untersuchung eines neuen Konzepts zur Lastenkontrolle von Windenergieanlagen in atmosphärischer turbulenter Zuströmung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Aerodynamik und Gasdynamik durchgeführt. Um die Energieausbeute zu erhöhen wurden in den vergangenen Jahren Windenergieanlagen mit zunehmend größerem Rotordurchmesser entwickelt. Eine weitere signifikante Vergrößerung der Rotoren erfordert die Entwicklung neuer Konzepte und Technologien, um einen überproportionalen Anstieg von Gewicht und Herstellungskosten zu vermeiden und die Energie-Erzeugungskosten zu senken. Das gemeinsame Ziel des Forschungsschwerpunktes besteht in der Entwicklung und Bewertung innovativer Konzepte zur Lastenkontrolle. Im beantragten Teilvorhaben soll eine hochgenaue CFD-basierte Berechnungskette weiterentwickelt und zur Berechnung der instationären Lasten einer Windenergieanlage mit bzw. ohne aktivierter Lastenkontrolle angewendet werden. Dabei soll eine realitätsnahe atmosphärische Zuströmung mit zeitlich aufgelöster Turbulenz betrachtet werden. Die Komplexität der betrachteten Konfiguration sowie der Zuströmung wird dabei sukzessive erhöht, um spezifische Einflüsse gezielt untersuchen zu können, Vergleiche mit Windkanalversuchen der Univ. Oldenburg und der TU Darmstadt zu ermöglichen und schließlich Daten zur Verbesserung vereinfachter Berechnungsverfahren der TU Berlin und der TU Darmstadt zu liefern. Da sich die Windkanalversuche nur im Modellmaßstab durchführen lassen wird das entwickelte numerische Verfahren zur Bewertung der Wirksamkeit des Lastenkontrollkonzepts für eine generische Anlage im Original-Maßstab unter atmosphärischen Bedingungen genutzt.
Das Projekt "Wirbelstroemung zur gezielten Absaugung von Schadstoffen bei industriellen Fertigungseinrichtungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung durchgeführt.
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