Das Projekt "Teilvorhaben: Versuche, Kenngrößen-Messung und CFD-Analyse zur Trennung von Flüssig/Flüssig-Gemischen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Franken Filtertechnik KG durchgeführt. Die Trennung von Flüssig/Flüssig-Gemischen in Schwerkraft-Abscheidern ist eine weitverbreitete und zwingende Standardoperation in der Verfahrenstechnik. Sie kommt immer dann zum Einsatz, wenn zweiphasige Gemische aus organischen und wässrigen Flüssigkeiten getrennt werden müssen, z.B.: Kohlenwasserstoffe/Wasser bei der Mineralölverarbeitung; Lösungsmittel/Wasser in der Produktion von Kunststoffen, Farben, Kautschuken, Pflanzenschutzmitteln, Vitaminen, Lebensmitteln und deren Vor- und Koppelprodukten; Methylester/Glyzerin bei der Biokraftstoffproduktion. Typischerweise kommen für die Abscheider Behälter mit einem Durchmesser von 0,5 - 5 m und einer Länge von 3 - 30 m zum Einsatz. Je nach Werkstoff und Druckstufe ist mit Behälterkosten von ca. 20.000 € bis zu 1.000.000 € zu rechnen. Ziel des Vorhabens ist es, mittels Strömungssimulation (Computational Fluid Dynamics, kurz CFD) einen praxisgerechten Standard zu entwickeln, um auf Basis verfügbarer Prozessdaten den Strömungsverlauf - und damit die partielle Verweilzeitverteilung - in beliebigen Abscheidern zu berechnen. Durch die zusätzliche Implementierung des Tropfen-Verhaltens (Koaleszenz, Phasengrenzen) soll auch die Berechnung des Abscheider-Wirkungsgrades ermöglicht werden. AP1: Auslegung, Konzeption, Bau d. Versuchsanlage (VA) und Tropfenerzeugung. Wahl d. verfahrenstechnischen Randbedingungen und d. Stoffsysteme. Adaption d. hauseigenen VA DN150 für Vorversuche für Messtechnik, Pilotversuche mit VA. AP2: Wahl d. Stoffsysteme für Absetzversuche (AV). Entwicklung, Simulation, Optimierung d. Fluent-Modells für Flüssig/Flüssig-AV, einschl. Schnittstelle für Koaleszenz. AP3: Netzerstellung in Fluent von VA und ergänzenden Geometrien. Versuche und CFD-Rechnungen mit Dispersionen (ohne Koaleszenz). Optimierung d. CFD-Modells, Validierung d. Messtechnik. AP4: Implementierung d. Koaleszenz in Fluent. Optimierung und Validierung d. Koaleszenzmodells. Eignungstest d. CFD-Tools. Aufbereitung d. Ergebnisse und Dokumentation.
Das Projekt "Einfluss dreidimensionaler thermischer Strahlung auf das Wachstum von Wolkentröpfchen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ludwig-Maximilians-Universität München, Meteorologisches Institut durchgeführt. Solare und thermische Strahlung beeinflussen maßgeblich das Klima und Wetter unserer Erde. Eine wichtige Rolle spielt der Einfluss von Strahlung auf die Entwicklung von Wolken. Dennoch sind Strahlungseffekte an Wolken, insbesondere die Effekte realistischer dreidimensionaler (3D) Strahlung nicht verstanden und wurden bisher nicht systematisch untersucht. Aufgrund der Komplexität und der beanspruchten Rechenzeit wird 3D Strahlungstransport in heutigen wolkenauflösenden Modellen vernachlässigt. Wenn physikalische Prozesse auf Wolkenskala besser verstanden sind, können Wolkenparamterisierungen in heutigen Wetter- und Klimamodellen verbessert werden und somit die Vorhersage von Wetter und Klima. Eine schnelle Methodik zur Berechnung von thermischen 3D Strahlungseffekten in wolkenauflösenden Modellen wurde vom Antragssteller entwickelt. Diese Methodik erlaubt zum ersten Mal eine systematische und detaillierte Analyse von 3D Strahlungseffekten auf Wolkendynamik und Wolkenmikrophysik. Erste Studien bezüglich des Effekts von 3D Strahlung auf die Dynamik von Wolken wurden in der Doktorarbeit der Antragstellerin gemacht. Der nächste logische Schritt und Inhalt dieses Projekts ist daher, den Einfluss von Strahlung auf die Mikrophysik zu untersuchen. Wenn die Emission thermischer Strahlung eins Wolkentröpfchen berücksichtigt wird, wird erwartet, dass es schneller wächst. Die Abkühlung an der Wolkenseite ist ein 3D Effekt, der mit einer 1D Strahlungstransportapproximation nicht berechnet werden kann. Der Effekt von thermischer Strahlung auf das Tröpfchenwachstum könnte die existierende Lücke in der Tropfenwachstumstheorie schließen. Das Wachstum vom Wolkentropfen verlangsamt sich in der klassischen Diffusionstheorie bei ungefähr 10 Mikrometer massiv. Der folgende Wachstumsprozess (Kollision und Koaleszenz) setzt aber erst ab einer Tropfengröße von mindestens 20 Mikrometer ein. Für die vorgeschlagene Studie ist ein sogenanntes spektrales Mikrophysik Modell notwendig. Die Gastgeber haben haben ein solches Modell entwickelt (TAU Cloud Microphysical Code) und arbeiten damit seit vielen Jahren. Sie verfügen somit über die notwendige Erfahrung, die im Bereich der Mikrophysik für die vorgeschlagene Studie notwendig ist. Das vom Gastgeber verwendet Wolkemodell muss mit der oben genannten 3D Strahlungstransportparamterisierung erweitert werden. Als weiterer Schritt sollen geeignete Simulationen entworfen werden, mit denen die Frage, wie 3D Strahlungstransport Wolkentropfenentwicklung und in der Folge auch die Entwicklung von Regen beeinflusst, beantwortet werden kann. Schließlich werden die Ergebnisse der Simulationen evaluiert und die Ergebnisse von Simulationen mit 3D thermischer Strahlung mit Ergebnissen von Simulationen mit 1D thermischer Strahlung oder auch keiner Strahlung verglichen.
Das Projekt "SEBAK: Steigerung der Energieeffizienz bei der biologischen Abwasserreinigung durch den Einsatz von Kanülenbegasern mit dem Ziel eines nachhaltigen Gewässer- und Klimaschutzes" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Dresden-Roßendorf, Institut für Fluiddynamik durchgeführt. Ausgangspunkt des Vorhabens ist die Entwicklung eines neuartigen Begaserkonzeptes durch die IWEB im Jahr 2012. Die Umsetzbarkeit des Konzeptes wurde in ersten Voruntersuchungen mit gefertigten Labormustern durch das IWEB gezeigt und das Begaserkonzept auch zum Patent angemeldet. Das Prinzip des innovativen Kanülenbegasers basiert auf dem Eintrag von einzelnen Luftblasen in eine Flüssigkeit in der Weise, dass eine aus der Kanüle austretende Gasblase sich vor dem Beginn des Aufstiegs erst von der Kanüle weg bewegt, ehe die Blase mit dem Aufstieg beginnt. Auf diese Weise können zum einen sehr kleine Gasblasen erzeugt werden, zum anderen kann die Koaleszenz, das Zusammenschließen mehrerer Gasblasen zu einer größeren Gasblase, vermieden werden. In Abhängigkeit vom Durchmesser der Kanülen kann Luft bzw. ein Gas zum einen in Blasen mit Durchmessern von weniger als 3 mm zum Zeitpunkt des Austritts aus einer Kanüle austreten. Durch die niedrigen Blasendurchmesser und die Verhinderung der Koaleszenz steigen die Blasen mit deutlich niedrigerer Geschwindigkeit auf als Blasen mit größeren Durchmessern. Die niedrigere Aufstiegsgeschwindigkeit verlängert die Kontaktzeit einer Blase und erhöht damit die Zeit für den Stoffübergang des Sauerstoffs in der Gasblase in das Wasser bzw. den Belebtschlamm. Bedingt durch die längere Kontaktzeit zwischen Luftblase und Wasser muss weniger Luft in das Wasser gefördert werden, wodurch der Energiebedarf bzw. Energieverbrauch zur Luftförderung sinkt. Die ursprünglichen Labormuster nutzen freistehende Edelstahl-Kanülen mit Außendurchmessern von 0,3&0,4 mm, die präzise auf einem Träger zu montieren sind. In einer weiterentwickelten Begaservariante befinden sich Kanülen in einem monolithischen Körper aus Gießharz mit Kanüleninnendurchmessern ab 0,05 mm bis 0,20 mm. Aufgrund des mittlerweile erreichten Entwicklungsstandes bei den Gießharz-Kanülenbegasern und der dadurch möglichen hohen Variabilität der Kanülenanordnung werden die Untersuchungen im Wesentlichen mit den Gießharz-Begasern durchgeführt. Edelstahl-Kanülenbegaser werden in einzelnen Versuchsholzschnitten zu Referenzzwecken eingesetzt. Die Fertigungstechnologie ist bei IWEB vorhanden und wird für die Fertigung von Labormustern und optimierten Belüfterelementen für die Arbeitspakete genutzt. Für den Einsatz dieser innovativen Begasertechnologie ist jedoch zwingend ein Vergleich mit derzeit am Markt befindlichen Belüftern hinsichtlich Energiebedarf, Gasverteilung und Reinigungseffizienz. Das HZDR verfügt über die Expertise im Bereich mehrphasige Fluide und die notwendigen Analysesysteme zur systematischen Aufarbeitung dieser Fragestellungen. (Text gekürzt)
Das Projekt "Verknüpfung von CFD und Tropfenpopulationsbilanzen (TPBM) in der Extraktion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau, Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik durchgeführt. Der erste Teil des Forschungsvorhabens (Start April 2006) wurde erfolgreich abgeschlossen. Im folgenden werden die Erfolge des ersten Projektabschnitts und die Ziele und Ergebnisse des zweiten Projektabschnitts zusammengefasst. 1. Abschnitt: Zu Beginn des Projekts waren CFD-Simulationen von zweiphasigen flüssig-flüssig betriebenen Extraktionskolonnen in der Literatur quasi nicht vorhanden. Im ersten Teil wurden daher zunächst zweiphasige CFD.Simulationen mit konstanten Tropfendurchmessern ohne Berücksichtigung von Populationsbilanzen erfolgreich durchgeführt. In beiden CFD Tools konnten die ein- und zweiphasigen Strömungsbedingungen in einem Rotating Disc Contactor vorhergesagt werden (1,2). Ein- und zweiphasige Particle Image Velocimetry Messungen ermöglichten einen Vergleich und eine Validierung der Simulationen. Im nächsten Schritt wurden Methoden zur Lösung der Populationsbilanzen in die CFD codes integriert. Die Standardvorgehensweise ist, dass für jede Phase in CFD ein Fluid verwendet wird (Two-Fluid Model) und sich die disperse Tropfenphase mit dem Sauterdurchmesser (d32) bewegt, der mit Hilfe der Populationsbilanzen berechnet wird. Die klassischen Lösungsmethoden, Klassenmethode und Momentenmethode (Quadrature Method of Moments), wurden im Rahmen von Fluent untersucht (4). In diesem Zusammenhang wurden auch mehrere Literaturmodelle für Zerfall und Koaleszenz der Tropfen in Fluent integriert und verglichen. Es zeigte sich, dass eine Vorhersage der Tropfengröße in einer 5 Compartment Sektion eines RDC Extraktors, bei richtiger Wahl der Modelle, möglich ist. Bei der Kopplung zwischen CFD und PBM ist die Momentenmethode vorzuziehen, da hier der Rechenaufwand wesentlich geringer ist, bei besserer Genauigkeit des Sauterdurchmessers. Sowohl in Fluent als auch in FPM wurde die Sectional Quadrature Method of Moments (SQMOM) implementiert (5-7). Die SQMOM als eine adaptive Methode ist für die Verwendung in CFD sehr gut geeignet. Im Gegensatz zum Zwei-Fluid CFD-Modell können im Multi-Fluid Modell tropfengrößenspezifische Aufstiegsgeschwindigkeiten wiedergegben werden. 2. Abschnitt: Während die reine Verknüpfung und die Vorhersage der Zweiphasenströmung im ersten Forschungsabschnitt realisiert wurden, sollen im weiteren Forschungsvorhaben die Vorhersagemöglichkeiten weiterentwickelt werden. Ziele sind hierbei ein Turbulenzmodell für FPM zu realisieren und zu validieren, mit dessen Hilfe Zerfall und Koaleszenz der Tropfen modelliert werden. Am Lehrstuhl f. Thermische Verfahrenstechnik sind Untersuchungen zur Messung der Turbulenz und zum Zerfall der Tropfen geplant. Eine integrierte Betrachtung von experimentellen und simulierten Turbulenzgrößen zusammen mit Zerfall und Koaleszenz der Tropfen soll zu einer Verbesserung der Vorhersage führen. Die Berücksichtigung von Stofftransport mit Hilfe eines bivariaten Populationsbilanzmodells wird die Beschreibung des Stoffaustauschs ermöglichen. (Text gekürzt)
Das Projekt "ERCOFTAC - Teilvorhaben A 5: Untersuchung von Modellen zur Einspritzung und zur Verdampfung von Brennstoff" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Lehrstuhl für Angewandte Thermodynamik und Institut für Thermodynamik durchgeführt. Die Zielsetzung dieses Teilprojektes ist die Erstellung von Programmteilen in einem modularen Rechenprogramm zur Bestimmung der lokalen Gemischzusammensetzung und des lokalen thermodynamischen Zustandes waehrend des Einspritzvorganges in einem Feuerraum. Zusammen mit Submodellen aus den anderen Teilprojekten soll sowohl die Brennstoffstrahlausbreitung und die -verdampfung als auch der Ort der Zuendung sowie Ablauf der Verbrennung und die Schadstoffbildung berechnet werden. Es sind dazu die im vorliegenden Programm (KIVA-II) enthaltenen Modelle sowohl zur Einspritzung und zur turbulenten Partikelbewegung als auch zur Zerstaeubung, Koaleszenz und zur Verdampfung zu analysieren. Des weiteren sind die bestehenden Ansaetze, die fuer motorische Anwendungen entwickelt worden sind, zu optimieren und fuer den Einsatz auf Feuerungsanlagen zu modifizieren, wobei Ergebnisse aus experimentellen Untersuchungen zur Verifikation der genannten Modelle dienen.
Das Projekt "Stand der Technik der Abwasserbehandlung bei Kaltwalzwerken und Drahtzieherein in der Bundesrepublik Deutschland" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gesellschaft für Systemtechnik durchgeführt. Im Zusammenhang mit der Fortschreibung der Mindestanforderungen an das Einleiten von Abwasser (Paragraph 7a WHG) nach dem Stand der Technik (SdT) sind im Bereich der Kaltwalzwerke und Drahtzieherein (zirka 3700 Betriebe, ueberwiegend Indirekteinleiter) die derzeitige Produktionstechnik und Anlagenstruktur und die Abwasserrreinigungstechnik darzustellen und zu bewerten. Fuer Emulsionsspaltanlagen, sowie fuer Entgiftungs- und Neutralisationsanlagen, d.h. fuer die ueberwiegend angewandte Abwasserreinigungstechnik ist der Stand der Technik abzuleiten.
Das Projekt "Teilvorhaben 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung, Institut für Textil- und Verfahrenstechnik (ITV) durchgeführt. Primäres Entwicklungsziel des Verbundvorhabens 3D-BioFilter ist die Entwicklung hocheffizienter Koaleszenzabscheider auf der Basis neuartiger dreidimensionaler, nanostrukturierter Filtermedien. Das FuE-Vorhaben wird in definierte Arbeitschritte unterteilt, die in enger Verzahnung bearbeitet werden. Die Kooperationspartner tauschen kontinuierlich Informationen bzgl. Projektverlauf, Ist-Status und Zwischenergebnissen aus, die nach notwendigen Entscheidungsfindungen zusammengeführt werden. Das Vorgehen berücksichtigt alternative Lösungswege. Das ITV Denkendorf wird gemeinsam mit dem IFG der Uni Tübingen federführend für die wissenschaftliche Verwertung in einschlägigen nationalen wie internationalen Journalen verantwortlich sein. Des Weiteren werden Vorträge auf nationalen wie internationalen Fachkongressen vorbereitet und durchgeführt.
Das Projekt "Teilvorhaben: Analyse und Modellierung von Flüssig/Flüssig-Strömungen unter Berücksichtigung des Koaleszenzverhaltens" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Prozess- und Verfahrenstechnik, Fachgebiet Verfahrenstechnik durchgeführt. Die Trennung von Flüssig/Flüssig-Gemischen in Schwerkraft-Abscheidern ist eine weitverbreitete und zwingende Standardoperation in der Verfahrenstechnik. Sie kommt immer dann zum Einsatz, wenn zweiphasige Gemische aus organischen und wässrigen Flüssigkeiten getrennt werden müssen, z.B.: Kohlenwasserstoffe/Wasser bei der Mineralölverarbeitung; Lösungsmittel/Wasser in der Produktion von Kunststoffen, Farben, Kautschuken, Pflanzenschutzmitteln, Vitaminen, Lebensmitteln und deren Vor- und Koppelprodukten; Methylester/Glyzerin bei der Biokraftstoffproduktion. Typischerweise kommen für die Abscheider Behälter mit einem Durchmesser von 0,5 - 5 m und einer Länge von 3 - 30 m zum Einsatz. Je nach Werkstoff und Druckstufe ist mit Behälterkosten von ca. 20.000 € bis zu 1.000.000 € zu rechnen. Ziel des Vorhabens ist es, mittels Strömungssimulation (Computational Fluid Dynamics, kurz CFD) einen praxisgerechten Standard zu entwickeln, um auf Basis verfügbarer Prozessdaten den Strömungsverlauf - und damit die partielle Verweilzeitverteilung - in beliebigen Abscheidern zu berechnen. Durch die zusätzliche Implementierung des Tropfen-Verhaltens (Koaleszenz, Phasengrenzen) soll auch die Berechnung des Abscheider-Wirkungsgrades ermöglicht werden. AP 1 Entwicklung, Design und Betrieb einer standardisierten Testanlage DN 150 AP 2 Entwicklung eines Eichgerätes zur schnellen und einfachen Beurteilung und Charakterisierung des Trenn- und Koaleszenzverhaltens verschiedener Stoffsysteme AP 3 Entwicklung und Anwendung v. CFD-Modellen für die Modellierung der 2-phasigen Strömungen AP 4 Validierung und Optimierung der CFD-Modelle mit speziellen Vergleichsversuchen in der Testanlage DN 150. Details s. Anlage.
Das Projekt "Teilvorhaben: Downsizing und Abscheidehilfen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Raschig GmbH durchgeführt. Die Trennung von Flüssig/Flüssig-Gemischen in Schwerkraft-Abscheidern ist eine weitverbreitete und zwingende Standardoperation in der Verfahrenstechnik. Sie kommt immer dann zum Einsatz, wenn zweiphasige Gemische aus organischen und wässrigen Flüssigkeiten getrennt werden müssen, z.B.: Kohlenwasserstoffe/Wasser bei der Mineralölverarbeitung; Lösungsmittel/Wasser in der Produktion von Kunststoffen, Farben, Kautschuken, Pflanzenschutzmitteln, Vitaminen, Lebensmitteln und deren Vor- und Koppelprodukten; Methylester/Glyzerin bei der Biokraftstoffproduktion. Typischerweise kommen für die Abscheider Behälter mit einem Durchmesser von 0,5 - 5 m und einer Länge von 3 - 30 m zum Einsatz. Je nach Werkstoff und Druckstufe ist mit Behälterkosten von ca. 20.000 € bis zu 1.000.000 € zu rechnen. Ziel des Vorhabens ist es, mittels Strömungssimulation (Computational Fluid Dynamics, kurz CFD) einen praxisgerechten Standard zu entwickeln, um auf Basis verfügbarer Prozessdaten den Strömungsverlauf - und damit die partielle Verweilzeitverteilung - in beliebigen Abscheidern zu berechnen. Durch die zusätzliche Implementierung des Tropfen-Verhaltens (Koaleszenz, Phasen-grenzen) soll auch die Berechnung des Abscheider-Wirkungsgrades ermöglicht werden. AP 1: Dimensionierung Einströmverteiler, Auslegung der Abscheidehilfen Gestrick, Platten und Füllkörper, Hilfestellung bei der Ausarbeitung Anlagen und Stoffsysteme AP 2: Überprüfung der vorhandenen CFD Open Foam Modelle inwieweit diese angewandt werden bzw. modifiziert werden müssen. AP 3: Anwendung der opt. Modelle zu den einzelnen Teilbereichen des Abscheiders. AP 4: Downscaling der Ergebnisse mit Überprüfung der CFD Modelle.
Das Projekt "Teilvorhaben 5" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karl Jetter & J. Herter GmbH & Co. KG durchgeführt. Primäres Entwicklungsziel des Verbundvorhabens 3D-BioFilter ist die Entwicklung hocheffizienter Koaleszenzabscheider auf der Basis neuartiger dreidimensionaler, nanostrukturierter Filtermedien. Das FuE-Vorhaben wird in definierte Arbeitschritte unterteilt, die in enger Verzahnung bearbeitet werden. Die Kooperationspartner tauschen kontinuierlich Informationen bzgl. Projektverlauf, Ist-Status und Zwischenergebnissen aus, die nach notwendigen Entscheidungsfindungen zusammengeführt werden. Das Vorgehen berücksichtigt alternative Lösungswege. Die Karl Jetter & J. Herter GmbH & Co. KG wird als Produzent und Zulieferant funktionalisierter, textiler Filtermaterialen am kommerziellen Erfolg teilhaben. Die wissenschaftliche Verwertung erfolgt durch Ausweitung der FuE-Aktivitäten auf weitere Anwendungsfelder. Der Transfer der Ergebnisse soll u. a. über gemeinsame Publikationen in einschlägigen Fachjournalen sowie durch Vorträge auf nationalen wie internationalen Fachkongressen erfolgen.
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| Förderprogramm | 31 |
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