Das Projekt "Vorhaben: LowCO2 - Low Ship Drag through Compliant Coating" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hamburgische Schiffbau-Versuchsanstalt GmbH durchgeführt. Ziel des Vorhabens 'LowCO2' ist die Entwicklung einer nachgiebigen Beschichtung zur Reduktion des Reibungswiderstands von Schiffen, die am Schiffsbug zum Einsatz kommen soll. Die Funktionsweise dieser Beschichtung besteht darin, den laminar-turbulenten Strömungsumschlag am Bug hinauszuzögern und damit die Reibungsverluste am Rumpf zu verringern (passive Strömungskontrolle). Zur Untersuchung dieses Prozesses soll für ein kleines Schiff ohne Bugwulst (z.B. Lotsenboot) ein Grenzschichtmodell entwickelt werden, das einer Stabilitätsanalyse unterzogen wird. Auf diese Weise lassen sich diejenigen Grenzschichtstörungen identifizieren, die für den Umschlag von laminar-verlustarmer zu turbulent-zäher Strömung verantwortlich sind. Die Wirksamkeit der Bugbeschichtung soll sowohl numerisch mit Hilfe eines Beschichtungsmodells als auch experimentell im großen Umlaufkanal (HYKAT) der HSVA demonstriert werden. Die Ziele von 'LowCO2' sollen in zwei Arbeitspaketen erarbeitet werden. In den ersten 13,5 Projektmonaten stehen numerische Simulationen der Strömungskontrolle mit nachgiebigen Beschichtungen am Beispiel eines Grenzschichtmodells für eine Schiffsbugsektion im Vordergrund. Gegen Ende des Projektes soll mit Hilfe von Validierungsexperimenten im HYKAT an einem neuen Versuchsträger die Wirksamkeit nachgiebiger Beschichtungen als Mittel zur Schiffswiderstandreduktion demonstriert werden.
Das Projekt "Model coupling and complex structures - Investigating transfer fluxes induced by turbulent free flow and affected by multiphase processes in porous media" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung durchgeführt. Flow and transport processes in domains composed of a porous medium and an adjacent free-flow region appear in a wide range of industrial, medical and environmental applications. Our focus is on evaporation from unsaturated soils under influence of a turbulent free flow. The modeling of such coupled systems is a challenging task especially at the interface of the two domains. In preliminary work a REV-scale model has been developed, which couples the Navier-Stokes equation for the free flow with the Darcy equation for the porous-medium flow. It is possible to simulate the evaporation processes for non-isothermal, laminar conditions and a multiphase, multicomponent flow. However, there is a discrepancy between the simulated evaporation rates and rates which have been measured in lab experiments. Therefore the model will be extended with RANS turbulence models. The vision is to develop a model which can reproduce the complex interaction between the two domains and predict the exchange fluxes. This is achieved with a numerical stable description for the turbulent free flow and by gaining inside into the complex processes at the interface. Different scenarios will be analyzed with respect to the required model complexity aiming at a 'intelligent interface' description and an improved modeling on the field scale.
Das Projekt "Wiederverwendung von waessrigem Lackoverspray und waessrigen Lackresten durch Ultrafiltration" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungsinstitut für Pigmente und Lacke e.V. durchgeführt. Mit einem typischen Wasserlack, welcher mit einer Waschfluessigkeit (mit praxisnaher Zusammensetzung) zu einer 5 Volumenprozentiger Konzentration verarbeitet wurde, ist eine beladene Lacknebel-Auswaschfluessigkeit nachgestellt worden. Mit diesen Fluessigkeiten wurden Stofftrennungen durch Ultrafiltration im Batch-Betrieb durchgefuehrt. Als Trennmedien wurden Membranmodule mit 5 verschiedenen Molekulargewichtstrenngrenzen (100, 50, 30, 10 bzw. 1 Kilo-Dalton) eingesetzt. Die Stofftrennungen wurden qualitativ und quantitativ untersucht, um Moeglichkeiten zu pruefen, inwieweit das nach der Ultrafiltration entstandene Permeat wieder als Waschwasser einsetzbar ist. Die Erkenntnisse darueber haben als Ziel, beim Auffangen des Oversprays in Lackierprozessen den Wasserverbrauch zu reduzieren. In den Untersuchungen wurden mehrere Parameter durch Messungen verfolgt, die den Filtrationsprozess beeinflussen. Die wichtigste Ausgangsgroesse dieses Prozesses ist dabei der erzielte Filtratstrom, welcher von mehreren Faktoren abhaengt, wie die Geometrie der Membranmodule, die Stroemungsverhaeltnisse im Membranengspalt sowie in den Membranen (durch das Permeieren), die transmembrane Druckdifferenz und die stofflichen Eigenschaften. Die experimentellen Arbeiten fuehrten, unter den gegebenen Arbeitsbedingungen und am Beispiel des verwendeten Lackes, zu folgenden Ergebnissen: 1. Im Modulengspalt (retentatseitig) herrscht laminare Stroemung vor, waehrend im Querstrom (permeatseitig) die Stroemung turbulent ist. Es wurde von einem reversiblen, durch Antransport- und Ruecktransportprozesse erfolgten Deckschichtaufbau bei den 100- und 50-KD-Membranen ausgegangen, waehrend dieser Prozess bei der 30 KD-Membran als irreversibel angenommen wurde. 2. In den Permeaten ist ein Festkoerperanteil festzustellen, welcher aus membrangaengige Materialien besteht. Diese koennen niedermolekulare Bestandteile (Bindemittel) aus dem Originallack sein. Nach den hier eingesetzten Trenngrenzen muessen diese Bestandteile kleiner 1000 g/mol sein. Pigmente wurden von allen Membranen vollstaendig zurueckgehalten. 3. Im Batch-Betrieb ist (durch die Abfuehrung des Retentats) die Zahl der Wiedereinsaetze durch die noch zur Verfuegung stehende und nach jedem Zyklus kleiner werdende Permeatmenge limitiert. Bei der Aufkonzentrierung des Festkoerperanteils in der Vorratsfluessigkeit von 2 auf 18 Prozent hat das Permeat zum Schluss einen Festkoerperanteil von nur 0.7 Prozent. Dieser Anteil verhinderte nicht den Wiedereinsatz des Permeats als Waschwasser. 4. Fuer die Wiederverwendung der filtrierten Fluessigkeiten als Auswaschfluessigkeit mit der urspruenglichen Qualitaet sind nur relativ geringe Mengen an Neuzusaetzen von Co-Solventien erforderlich. Ein Zusatz von Aminen war, unter den gleichen Massenumsatzbedingungen, nicht notwendig.
Das Projekt "Eureka-Projekt: Euromar-Maropt III (EU 413) - Teilvorhaben: Bordtaugliches Macro-flow-Planktometer zur multiparametrigen Vermessung von Meeresplankton und Fischbrut" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von STN Atlas Marine Electronics, Abteilung Arbeits-Umweltschutz durchgeführt. Der Anteil der Firma STN Systemtechnik Nord GmbH im Eureka Projekt EU 413 ist die Weiter- und Fertigentwicklung des Macro-flow-Planktometers in der Ausbaustufe I (Volumenbestimmung) und II (Kameramodul) mit folgenden Schwerpunkten: 1. Spezifikation der Anforderungen an das Macro-flow-Planktometer zur Festlegung der Funktionen und deren Weiterentwicklung, insbesondere in Bezug auf - Ausbildung der laminaren Stroemung fuer groesseres Messgut (Turbulenz) - Absorptionsmessungen Plankton und Larven bei hoher Transparenz, 2. Konstruktion und Design der mechanischen Messanlagenteile, 3. Fertigentwicklung der elektronischen Anteile und Erstellung des Zeichnungssatzes, 4. Fertigung, Pruefung und Test eines Macro-flow-Planktometers gemaess 3 mit Serienreife, 5. Erstellen der technischen Dokumentation, 6. Vorbereitung eines Marketing- und Vertriebskonzeptes.
Das Projekt "Steigerung der Schadstofffrachtentlastung in Strassenablaufwässern durch Optimierung der Regenrückhaltebecken entlang von Bundesautobahnen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Wasserbau durchgeführt. Ziel: Es soll ein Planungsinstrument für die optimierte Gestaltung von Regenrückhaltebecken erarbeitet werden. Hypothese: Der größte Teil der Schadstofffracht in Regenablaufwässern von den befestigten Strassen (Autobahn) liegt partikulär oder an Partikel adsorbiert vor. Dieser Teil der Schadstoffracht kann durch Sedimentation im Regenrückstaubecken zurückgehalten werden. Um die Sedimentation optimal zu gestalten, muß die Strömung des Schmutzwassers über die Beckenbreite und -tiefe gleichmäßig gestaltet werden. Raschabflüsse im Lastfall sowie Aufwirbelungen bereits sedimentierter Partikel müssen zusätzlich eliminiert werden. Vorgehensweise: Das Forschungsprojekt gliedert sich in drei Teile: Teil 1, numerische 3-D Strömungssimulation, Teil 2, Meßdatenerhebung in einem Modellbecken im Maßstab 1:8, Erfassung von Eingangsgrößen und Verifizierung der berechneten DatenTeil 3, Langzeitüberwachung der realen Ereignisse in einem Regenrückhaltebeckens der Autobahn (1:1 Modell), welches nach den Ergebnissen aus Teil 1 und 2 gebaut worden ist. Zwischenergebnisse: Die berechneten Ergebnisse stimmen mit den gemessenen weitgehend überein. Den entscheidenden Einfluß für die Laminarisierung der Strömung besitzt der Einlaufbereich des Beckens (Tosbecken und nachgeschaltete Beruhigungskammer). Die gewählte Vorgehensweise wird bestätigt.
Das Projekt "Vorhaben: Strömungsverbesserung durch nachgiebige Schiffskörperbeschichtungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung durchgeführt. Das Ziel des Projektes besteht in einer wesentlichen Reduzierung des Strömungswiderstandes von Schiffen, welche einer wesentlichen Reduzierung des Kraftstoffverbrauches und der damit verbundenen Abgase entspricht. Da in der Handelsschifffahrt die Kraftstoffkosten einen großen Teil der Betriebskosten ausmachen und ein wachsender politischer Druck besteht, die Abgasemissionen zu reduzieren, muss die Schifffahrt für ihren Betrieb energetisch günstigere Lösungen finden. Es soll erreicht werden, dass der Umschlagpunkt von laminarer Umströmung des Schiffskörpers (sehr geringe Reibung) zu turbulenter Umströmung (etwa 8- 10-fach höhere Reibung) weiter hinten erfolgt. Diese Übergangspunkte befinden sich typischerweise an dem Wulstbug und etwas hinter dem Vordersteven und zeigen, dass eine Verlängerung der laminaren Strömung weiter nach hinten von den derzeitigen Übergangspunkten den Reibungswiderstand signifikant reduzieren könnte. Simulationen zeigen, dass eine Reduzierung der Gesamtreibungskräfte um 10 bis 20 % erzielt werden kann, was einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauches von 5 bis 10 Prozent entspräche. Teilschritte zur Zielerreichung: Simulation der geforderten Materialeigenschaften und Umsetzung in das Beschichtungsmaterial. - Entwicklung und Bau eines Funktionsmusters und dessen Untersuchung.
Das Projekt "Entwicklung einer Verfahrenstechnik zur Adsorption von Kohlenwasserstoffen durch Verwendung nanostrukturierten Polycarbons" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von AWAS Ihne GmbH durchgeführt. Zielsetzung des Projektes: Bei den labortechnischen Versuchen wurde deutlich, dass die Verfahrenstechnik der ähnlich arbeitenden Aktivkohle nicht für Polycarbon genutzt werden konnte, da dieses neue Material sich bei Druckaufbau verdichtet und undurchlässig wird. Dies bestätigte sich auch bei einer Versuchsanwendung im Rahmen der Deponie-Sickerwasseraufbereitung in Bukarest. Die primäre Aufgabe dieses Projektes besteht daher vor allem aus dem verfahrenstechnischen Ziel, die Polycarbonpartikel so in Schwebe zu halten, dass die Kontaktmöglichkeit zum Abwasser bzw. den Kohlenwasserstoffmolekülen über einen definierten Zeitraum maximal gegeben ist und so eine optimale Adsorption stattfinden kann. Hierauf beziehen sich im wesentlichen die im folgenden Kostenplan aufgelisteten Arbeitspakete 3, 4, 10, 11, 12 und 13. Sekundäre Aufgaben bestehen aus Desorptionsversuchen des gesättigten Polycarbons, damit dieses nach Säuberung als voll funktionsfähiges Material für weitere Einsätze wieder zur Verfügung steht. Der hierzu erforderliche Versuchsaufbau und die dafür benötigten Komponenten sind unter Arbeitspaket 3 im Kostenplan genannt. Zur Überprüfung des jeweils erreichten Reinigungsgrades dienen u.a. das Kohlenwasserstoffmessgerät sowie das CSB-Messgerät (Pos. 5.1 und 5.2 des Kostenplanes). Zunächst ist auf Grund theoretischer Überlegungen ein Versuchsaufbau zu entwickeln, der so zu konzipieren ist, dass gesicherte Rückschlüsse auf reale (großtechnische) Verhältnisse zulässig sind. Hierzu sind vor allen Dingen die Erfahrungen und Ideen der beratenden Partner Gelsheimer GmbH (Arbeitspaket Pos. 10) und Fraunhofer Umsicht (Arbeitspaket Pos. 11) mit zu berücksichtigen. Es sollen daher Versuchsreihen aufgebaut werden, die es erlauben, das Verhalten des Polycarbons bei unterschiedlichen Parametern zu testen und diese zu variieren, nämlich: - Volumenströme - Strömungsrichtungen - Strömungsarten (laminar, turbulent) - Druckzustände - Temperaturen - Suspensionen - Schmutzpartikelgrößen. Darüber hinaus soll das Verhalten des Polycarbons bei Gegenströmungen getestet werden, um hierdurch das Verdichten und Zusetzen zu verhindern. Dabei soll diese Gegenströmung mit unterschiedlichen Medien erzeugt werden, nämlich mit: - Wasser - Luft (grob-, mittel-, feinblasig) - Sauerstoff - anderen Gasen - bei unterschiedlichen Kontaktzeiten, Temperaturen, Drücken und Strömungsvarianten. Hierbei soll ermittelt werden, wie hoch die notwendige (optimale) Kontaktzeit zwischen Abwasser (Kohlenwasserstoffmolekül) und Adsorptionscarbon bei unterschiedlichen Kohlenwasserstoffen ist. Des weiteren soll das Verhältnis zwischen Oberfläche und Füllhöhe des Reaktors ermittelt werden, bei dem eine optimale Reinigung der Abwässer erfolgt. In Abhängigkeit vom Ergebnis der zuvor beschriebenen Versuchsdurchführungen sind Entwicklungsschritte zur Optimierung der angewandten Verfahrenstechnik sowie gegebenenfalls weitere iterative Versuche erforderlich. Zur Durchführung der diversen Versuche sollen 2...
Das Projekt "Fully Coupled Hydrogeophysical Inversion of Salt-Tracer Experiments" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eberhard Karls Universität Tübingen, Zentrum für Angewandte Geowissenschaften (ZAG), Arbeitsgruppe Hydrogeology durchgeführt. Estimating hydraulic conductivity in heterogeneous aquifers remains a challenge of groundwater hydraulics. The propagation of salt plumes, introduced during controlled-release experiments, can be monitored by time-lapse electrical-resistivity tomography (ERT) using multiple combinations of current and potential electrodes. So far, the analysis of these ERT data has been cumbersome, because the inversion produces concentration images that still need to be interpreted in a hydraulic context. In a preceding project, we have developed a fully coupled hydrogeophysical inversion method for ERT data obtained during salt-tracer tests. The time series of electrical signals are characterized by their temporal moments. Temporal moment-generating equations allow approximating the mean breakthrough time of the electrical signal from flow and concentrationmoment equations without solving transient equations. These equations have been integrated into a geostatistical inversion method to infer the hydraulic-conductivity distribution from ERT data. The method has been applied to artificially generated test cases. Within the proposed one-year extension project, we will perform several series of salt-tracer tests in a quasi two-dimensional sandbox with increasingly complex fillings, monitor the experiments by time-lapse ERT, and invert their temporal moments with the fully coupled hydrogeophysical inversion method. We will simulate the transient concentration distributions with the inferred hydraulic conductivity fields and compare them to images taken during the experiments.
Das Projekt "Vorhaben: TRABER-GPU - Transitionsberechnungen auf Grafikkarten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Fluiddynamik und Schiffstheorie M-8 durchgeführt. Das Projekt FLIPPER widmet sich der Analyse von Möglichkeiten, einen Teil der turbulenten Rumpfumströmung durch Oberflächenbeschichtung laminar zu halten. Ziel ist es, den reibungsinduzierten Strömungswiderstand des Unterwasserschiffes zu reduzieren. Das Teilvorhaben der TUHH befasst sich mit der nichtlinearen Analyse von transitionsbeeinflussenden Instabilitäten und deren Oberflächensignatur. In Vorbereitung auf diese Aufgabe wird ein bestehendes Strömungssimulationsverfahren gezielt weiterentwickelt. Der diesbezügliche Schwerpunkt liegt auf der Konzeption und Implementierung von Methoden, die sich zur Simulation der Entwicklung von Instabilitätsmoden in praxisnahen Konfigurationen eignen. Die Entwicklung dieser Moden bei hohen Reynolds-Zahlen ist äußerst komplex und an vielen Stellen noch unverstanden. Mit dem Simulationsverfahren soll es möglich sein die nichtlineare Transitionsdynamik zu analysieren und Anfachungsmechanismen zu beschreiben. Die Arbeiten an der TUHH sind maßgeblicher Bestandteil des AP 2 im Gesamtvorhaben. Ausgangspunkt der Entwicklungen ist das elbe-Verfahren, ein auf GPU's umsetzbares LES - Verfahren. Durch eine Verbesserung des Speichermanagements, die Implantierung eines dynamischen Feinstrukturmodells auf der Grundlage von Wirbelzähigkeitsmodellen, der Implementierung eines turbulenten Sponge-Layer-Modells sowie der Einführung von Transitionsstreifen in das elbe-Verfahren wird eine hocheffiziente Berechnungsmöglichkeit der Strömungssignaturen geschaffen.
Das Projekt "Entwicklung eines scherungsarmen und temperierbaren Druckregelventils für hydraulische Anwendungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von gec-co Global Engineering & Consulting Company GmbH durchgeführt. Hydraulikfluide werden geschädigt, wenn sie hoher Scherung ausgesetzt sind, weil dadurch langkettige Moleküle zerreißen. Auch hohe Temperatur schädigt die Fluide. So halbiert sich ab 50 °C die Gebrauchsdauer pro 10 °C Temperaturanstieg. Diese beiden Effekte treten bei der Druckregelung bei Hydraulikanwendungen auf, da in den engen Spalten der Regelventile das Fluid stark geschert wird, wodurch Dissipationswärme entsteht. Die Kooperationspartner haben in den letzten Jahren ein neuartiges Regelventil für Thermalwasserkreisläufe entwickelt, wobei auf eine kontinuierliche Regelung und einen schonenden Umgang mit der Thermalsole geachtet wurde, da es bei starken Strömungsturbulenzen zu Fällungsreaktionen, Ausgasungen und abrasiven Verschleiß kommt. Dieses Ventil soll für den Einsatz in der Hydraulik weiterentwickelt werden. Die Unterschiede zwischen Hydraulikanwendungen und dem Einsatz in Thermalwasser sind die deutlich höheren Viskositäten der Fluide und die hohen Drücke bis 500 bar. Das Ventil muss deshalb unter Berücksichtigung der laminaren Durchströmung und der hohen Festigkeitsanforderungen weiterentwickelt werden. Außerdem muss eine Temperierung des Ventils entwickelt werden.
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