Das Projekt "Zeitlicher Druckverlauf in Blow-Down-System waehrend der Druckentlastung einer Anlage" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Roßendorf e.V., Institut für Sicherheitsforschung durchgeführt. Ziel ist die Entwicklung von Modellen fuer die Berechnung des dynamischen Verhaltens von Blow-Down-Systemen. Mit dem Modell sollen die fluid- und thermodynamischen sowie die reaktionskinetischen Vorgaenge waehrend der Druckentlastung eines chemischen Reaktors mit angeschlossenem Blow-Down-System berechnet werden koennen. Die Ergebnisse dienen der sicheren Auslegung von Blow-Down-Systemen. Nach der Aufstellung von flexiblen Modellen der einzelnen Teilsysteme Reaktor, Abblaseleitung, Entlastungsarmatur, Abscheider und Kondensator liegt der Schwerpunkt auf der Kopplung der Teilsysteme. Im Zentrum steht die Schaffung eines praxisorientierten Gesamtmodells, wobei das besondere Augenmerk auf Phaenomene gerichtet ist, die auf das Zusammenspiel der Teilsysteme zurueckzufuehren sind. Dies sind in erster Linie Instabilitaeten im Massenstrom bzw. dem transienten Druckverlauf, die bei unguenstiger Auslegung auftreten koennen. Die Arbeiten sind rein theoretischen Charakters und stuetzen sich, so weit wie moeglich, auf bereits vorhandenes experimentelles Material.
Das Projekt "Zur numerischen Simulation der Umstroemung von Koerpern, die sich frei in Fluiden bewegen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kaiserslautern, Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik, Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik und Strömungsmechanik durchgeführt. Mehrphasenstroemungen koennen dann, wenn die disperse Phase niedrig konzentriert ist, dadurch modelliert werden, dass die Bahn eines Elementes der dispersen Phase unabhaengig von den Bahnen anderer Elemente verfolgt wird. Dies geschieht durch Auswertung der Partikelbewegungsgleichung. Die Kopplung zwischen der Bewegung des Traegermediums und der Bewegung der darin suspendierten Partikel erfolgt in der Partikelbewegungsgleichung ueber die Terme, welche die Stroemungswechselwirkung beschreiben. Hier liegt der Zielpunkt fuer den vorliegenden Antrag. Fuer praktische Anwendungen ist der Gueltigkeitsbereich des Stokesschen Widerstandsgesetzes sehr begrenzt. Deshalb soll versucht werden, die Umstroemung einer Partikel, die sich frei in einem Newtonschen Fluid bewegt, durch numerische Loesung der instationaeren Navier-Stokesschen Gleichung zu berechnen. Dabei besteht ein besonderes Problem darin, die mit jedem Zeitschritt der Bewegung variable Lage der Partikelkontur zu beruecksichtigen.
Das Projekt "Auswirkungen von induzierten Luftdruckfeldern auf die Wasserbewegung im Boden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft, Fachgebiet Wasserbau und Hydraulik durchgeführt. Schadstoffe aus Industrie und Landwirtschaft werden ueber das infiltrierte Wasser in den Boden eingetragen. Das Sickerwasser verbleibt unterschiedlich lange in der ungesaettigten Bodenzone. Ein Teil erreicht das Grundwasser und wird vorerst in Kapillarsaum und oberer GW-Schicht horizontal weiter transportiert. Durch Einblasen oder Absaugen von Bodenluft, zB ueber Draenrohre, kann man im Boden ein oertlich begrenztes Luftdruckfeld erzeugen. Je nach Richtung der induzierten Luftdruckgradienten wird die Sickerbewegung beschleunigt, verzoegert oder deren Richtung umgekehrt. Liegt der GW-Spiegel im Einflussbereich des Luftdruckfeldes, koennen die Strom- und Potentiallinien des GW-Stromes gezielt beeinflusst werden. Das Forschungsvorhaben soll fuer die beschriebenen Phaenomene theoretische Grundlagen schaffen. Die gewonnenen Erkenntnisse koennen in einer spaeteren Phase in praxisorientierte Verfahren zur Boden- und Grundwassersanierung umgesetzt werden.
Das Projekt "Einmischen eines Reaktionsstoppers in hochviskose Fluessigkeiten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Dortmund, Abteilung Chemietechnik, Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik durchgeführt. Exotherme Reaktionen koennen sich bei einem Ausfall der externen Kuehlung aufgrund der Erwaermung des Reaktorinhalts selbst beschleunigen, so dass die Gefahr eines unzulaessig hohen Druckes bzw einer unzulaessig hohen Temperatur besteht. Dies kann zum Verlust des Reaktorinhalts fuehren oder zur Gefaehrdung des Behaelters und seiner Umgebung. Uebliche Sicherheitsmassnahmen zur Beseitigung der Gefaehrdung sind: Oeffnen des Sicherheitsventils oder der Berstscheibe zur Druckentspannung und zum Austrag des Reaktorinhalts, direkte oder indirekte Notkuehlung mit verdampfenden und nicht verdampfenden Fluessigkeiten und Zugabe von Reaktionsstoppern. Bei der Zugabe des Reaktionsstoppers ist es dabei notwendig, den zugegebenen Stopper gleichmaessig zu verteilen, so dass die Reaktionsgeschwindigkeit ausreichend gesenkt wird. Neben Kenntnissen ueber die Reaktionskinetik ist es also auch erforderlich, die Gleichmaessigkeit der Verteilung, die auch als Mischguete bezeichnet wird, zu bestimmen. Geht man in einer Stoerfallsituation davon aus, dass der elektrische Strom und damit der Ruehrer im Reaktor ausgefallen sind, so bietet es sich an, den Stopper mit Hilfe der 'Ruehrwirkung' von Gasblasen zu vermischen. Hierbei dient das Gas ausserdem zum Eindruecken des fluessigen Stoppers in den Reaktor. Ziel des Vorhabens ist es, die Mischguete in Abhaengigkeit von den Einflussgroessen zu messen. Diese Einflussgroessen sind die Viskositaet der Fluessigkeit, der Gasdruchsatz, die Anordnung und die Form der Ventile und die Behaelterabmessungen. Mit Hilfe von Regressionsrechnungen wird dann unter Verwendung der Messwerte ein funktionaler Zusammenhang zwischen den Ziel- und den...
Das Projekt "Numerische Modellierung von Mehrphasenvorgaengen bei der Ausbreitung eines Dieselkraftstoffs im Untergrund" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Wasserbau durchgeführt. Ergebnisse: Das Vorhaben ist Bestandteil des Gesamtprojekts der Arbeitsgruppe Nr. 2 (ZAFA2) des Deutsch-Franzoesischen Instituts fuer Umweltforschung und Umweltstudien: 'Schutz des Grundwassers gegen die Verunreinigung durch Kohlenwasserstoffe und deren Derivate'. Ziel des Projekts ist die Prozessidentifizierung von Mehrphasenstroemungsvorgaengen anhand von numerischen Modellen und ihre Ueberpruefung in unterschiedlichen Massstaeben und bei unterschiedlichen Mehrphasenstroemungssituationen in poroesen Medien. Die physikalischen Experimente, die in Strasbourg (Institut Franco-Allemand de Recherche sur l'Environnement) in labor- und feldaehnlichem Massstab durchgefuehrt werden, sind hierzu die notwendige Basis. Die Untersuchungen bilden die Grundlage fuer den praktischen Einsatz von Mehrphasenstroemungsmodellen zur Beurteilung des Gefaehrdungspotentials bei realen Dieselkraftstoffschadensfaellen. Die Infiltration von hydrophoben Fluessigphasen (NAPL) in gesaettigten und teilgesaettigten homogenen und heterogenen Untergruenden wurde mittels numerischer Berechnungen untersucht. Hierfuer wurde das Zweiphasen-Stroemungsmodell MUFTE sowohl um die Berechnug von Zweiphasenstroemungen von NAPL in heterogenen Medien (ZIHM) als auch um die Berechnung von Dreiphasen-Infiltrationsvorgaengen in teilges. Medien (DITM) erweitert. Untersuchungen zu ZIHM wurden mit Hilfe von ein- und zweidimensionalen Prinzipfaellen und von Experimenten aus der Literatur durchgefuehrt. Sie zeigten, dass das Eindringen der NAPL-Phase in schwerer durchlaessige Schichten bereits bei Permeabilitaetsverhaeltnissen der Schichten zueinander von weniger als 1/10 durch die Kapillaritaet verhindert wird. Die zweidimensionalen Untersuchungen zu DITM zeigten den entscheidenden Einfluss der Parametrisierung der relativen Permeabilitaeten-Saettigungs- und der Kapillardruck-Saettigungsbeziehungen auf den Infiltrationsvorgang.
Das Projekt "Einsatz induzierter Luftdruckfelder bei Massnahmen zur Bodensanierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft, Fachgebiet Wasserbau und Hydraulik durchgeführt. Hydraulische Sanierungsverfahren basieren auf dem Aufbringen von Gradienten, um das Stroemungs- und Transportverhalten im Boden gezielt zu beeinflussen. Nicht mischbare, aufschwimmende Schadstoffe (z.B. Mineraloel) koennen mit den ueblichen Sanierungsverfahren nur sehr ineffizient entfernt werden. Im vorliegenden Vorhaben sollen neben hydraulischen auch pneumatische Gradienten durch das Absaugen von Bodenluft in horizontal verlegten Drainrohren aufgebracht werden. Hierbei wird das (kontaminierte) Bodenwasser im Untergrund zur Drainageleitung hin befoerdert. Insbesondere erlaubt die vorgesehene Konfiguration eine - auch bei schwankendem Grundwasserstand - tiefenangepasste Wasserentnahme im besonders stark belasteten Kapillarsaum. Das quantitative Verstaendnis der massgeblichen Wechselwirkungsprozesse soll in diesem Forschungsvorhaben experimentell (grossskaliger Versuchsbehaelter 7,5 mal 2 mal 1 m) und numerisch untersucht werden.
Das Projekt "Mehrphasenprozesse in poroesen Medien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bochum, Fakultät XII für Bauingenieurwesen, Institut für Konstruktiven Ingenieurbau, Arbeitsgruppe Theorie der Tragwerke und Simulationstechnik durchgeführt. Ziel ist es, Aufschluss zu erhalten ueber die Ausbreitung von nicht mit Wasser mischbaren Fluessigkeiten im Grundwasserleiter. Besondere Relevanz hat diese Fragestellung im Umfeld von ehemaligen Kokereien oder Deponien, wo Stoffe wie zB Benzol, Teer, TCE, CKW's und andere den Grundwasserleiter verunreinigen. Die Kenntnis ueber das Ausmass der Verunreinigung ist Voraussetzung fuer den optimalen Einsatz von Sanierungsverfahren. Der Ausbreitungsvorgang der nicht mit Wasser mischbaren Fluessigkeiten (Non-aqueous-phase-liquids) wurde mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente numerisch simuliert. Die berechnete NAPL-Ausbreitung wurde mit experimentellen Ergebnissen aus der Literatur verglichen und damit bestaetigt.
Das Projekt "Heissgasentstaubung mit Zyklonabscheidern bei Temperaturen oberhalb 1300 Grad Celsius - Abscheidung und Austrag hochviskoser Schmelzen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Braunschweig, Institut für Verfahrens- und Kerntechnik durchgeführt. Eine rationellere Nutzung der Kohle ist durch den Einsatz von Gas-Dampfturbinenprozessen moeglich. Insbesondere bei der druckaufgeladenen Kohlenstaubfeuerung, die bei Temperaturen oberhalb des Aschefliesspunktes (groesser 1300 Grad Celsius) arbeitet, ergeben sich Probleme bei der Heissgasreinigung. Fuer diese extremen Betriebsbedingungen eignet sich zur Abscheidung besonders der Zyklon. Ein grundlegendes Problem besteht im Austrag der hochviskosen Fluessigasche aus dem Abscheideraum. Dieses Forschungsvorhaben befasst sich mit stroemungstechnischen und konstruktiven Moeglichkeiten zum Austrag der abgeschiedenen hochviskosen Fluessigkeit aus einem Zyklon. Die Untersuchungen werden bei Umgebungstemperatur mit einem Modellstoff durchgefuehrt, die gleiche Viskositaeten wie eine reale Fluessigasche besitzt. Neben dem Austragsverhalten wird der Reingaspartikelgehalt und der Druckverlust untersucht, da eine Zyklonkonstruktion nur dann positiv beurteilt werden kann, wenn neben dem verbesserten Austrag auch eine ausreichende Abscheidung gewaehrleistet ist und der Energiebedarf den wirtschaftlichen Betrieb gewaehrleistet.
Das Projekt "Simulation der Stroemung in Dreiphasensystemen unter Beruecksichtigung veraenderlicher Durchlaessigkeiten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Lehrstuhl und Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft durchgeführt. Entwicklung eines mathematisch-numerischen Verfahrens zur Simulation von Stroemungs- und Stofftransportvorgaengen von Dreiphasensystemen (Wasser - Luft - Oel) in der ungesaettigten und gesaettigten Bodenzone. Beruecksichtigung von veraenderlichen Durchlaessigkeiten. Wirksamkeit von In-Situ-Grundwassersanierungen mit og Verfahren simulieren.
Das Projekt "Stofftransport in geklueftetem Fels und Gebirgscharakterisierung im Stollennahbereich - Mehrphasenstroemungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hannover, Institut für Strömungsmechanik und Elektronisches Rechnen im Bauwesen durchgeführt. Die weiterhin aktuelle Thematik der Deponierung von gefaehrlichen Abfallstoffen erfordert die Moeglichkeit, das von diesen Deponien ausgehende Gefaehrdungspotential abschaetzen zu koennen. Zu diesem Zweck wird seit langem an numerischen Simulationsprogrammen gearbeitet, die helfen sollen, die Wirksamkeit der 'natuerlichen Barriere' einzuschaetzen und ausserdem eine Prognose ueber zukuenftige Zustaende abzugeben. In diesem Zusammenhang stehende Forschungsarbeiten im Felslabor 'Grimsel' durch die Bundesanstalt fuer Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) fuehrten zu dem Wunsch, neben der schon bestehenden Moeglichkeit zur Modellierung von Wasser- und Gasstroemungsprozessen auch mehrphasige Verdraengungsprozesse von Gas-Wasser-Stroemungen numerisch simulieren zu koennen. Das zu diesem Zweck von R. Helmig entwickelte numerische Modell verwendet eine Finite-Elemente-Formulierung mit frei koppelbaren 1D-Roehrenelementen (Fliesskanaele), 2D-Scheibenelementen (Kluefte) und 3D-Kontinuumselementen (Felsmatrix). Die beiden Phasen Luft und Wasser werden als nicht mischbare Fluide behandelt, zwischen denen keine Austauschprozesse stattfinden. Die verschiedenen Elementtypen erlauben es, komplexe Geometrien durch sinnvolle Abstraktion in ein diskretes Modell zu ueberfuehren. Das Fliessverhalten im Modell wird bestimmt durch die gegenseitige Behinderung der fliessenden Phasen (Permeabilitaets-Saettigungs-Beziehung) sowie die angesetzten Kapillarkraefte zwischen den Phasen (Kapillardruck-Saettigungs-Beziehung). Dadurch ist es z.B. moeglich, den Effekt einer Kapillarsperre im numerischen Modell zu erfassen. Die Simulation von Mehrphasenstroemungen und speziell Gas-Wasser-Verdraengungen fuehrt jedoch vielfach auf numerische Schwierigkeiten. Bedingt durch die enormen Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften der betrachteten Fluide und die starke nichtlineare Kopplung der zugrundeliegenden Differentialgleichungen ergibt sich ein raeumlich und zeitlich stark variierendes Systemverhalten. Durch die nichtlineare Kopplung ist es zudem noetig, die Loesung fuer jeden Zeitschritt iterativ zu bestimmen. Die speziell fuer diese Probleme neu eingefuehrte Relaxationssteuerung ermoeglicht jetzt fuer viele derartige Probleme die Loesung oder beschleunigt den Loesungsvorgang. Dadurch wurde es moeglich, Systeme zu rechnen, bei denen die Ausbildung scharfer Saettigungsfronten sonst zur Instabilitaet des numerischen Verfahrens fuehrte. Die ebenfalls entwickelte Zeitschrittsteuerung ermoeglicht das gleitende Anpassen an die veraenderten Systembedingungen waehrend des Rechenlaufs, wodurch der zugelassene Diskretisierungsfehler in Zeitrichtung und damit der Rechenaufwand gesteuert werden kann. Die Zeitschrttweitensteuerung verbessert insbesondere bei Problemen mit starker zeitlicher Variabilitaet, wie sie z.B. bei der Gas-Wasser-Verdraengung auftreten, erheblich die Rechengeschwindigkeit.
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