Das Projekt "Understanding and physical and numerical modelling of the key process in the near-field, and their coupling, for different host rocks and repository strategies (NF-PRO)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) gGmbH - Fachbereich Endlagersicherheitsforschung durchgeführt.
Das Projekt "Experimentelle Untersuchung und numerische Modellierung der Spanerfassung beim Nutsägen bzw. -fräsen von Holzwerkstoffen als Grundlage für deren Optimierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Bereich Ingenieurwissenschaften, Institut für Naturstofftechnik, Professur für Holztechnik und Faserwerkstofftechnik durchgeführt. Maschinelle Zerspanungsprozesse von Holz und Holzwerkstoffen führen immer zur Bildung von Span- und Staubpartikeln, die kontinuierlich entfernt werden müssen. Eine unvollständige Erfassung der anfallenden Holzpartikel ist in vielerlei Hinsicht problematisch. Nicht erfasste Partikel erhöhen den Reinigungsaufwand von Maschinen, können den Werkzeugverschleiß erhöhen und in Folgeprozessen zu Qualitätseinbußen oder Maßabweichungen des Werkstückes führen.
Die heute verfügbaren Möglichkeiten der numerischen Strömungssimulation zur Auslegung und Optimierung von Spanerfassungselementen werden bisher kaum genutzt, da es sich um einen komplexen Gesamtprozess handelt, für dessen Beschreibung bis heute keine validierten Modelle existieren. Das Forschungsprojekt zielt darauf ab, die heute fehlenden Voraussetzungen für eine computergestützte Auslegung von Spanerfassungselementen zu schaffen. Dies soll durch eine zweckmäßige Kombination experimenteller und numerischer Untersuchungen am Beispiel des Nutsägens mit einer Fokussierung auf die Prozessbereiche Spanemission, Spanflug, Spanerfassung und Spanabtransport erreicht werden. Mit geeigneten Modellen für die einzelnen Teilprozesse sollen bestehende Absauglösungen bezüglich ihres Optimierungspotentials analysiert werden. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, durch die systematischen Untersuchungen eine standardisierte Konstruktionsmethodik abzuleiten, die zu effektiveren und effizienteren Absaugeinrichtungen führt. Das Projekt wird in Kooperation mit dem Institut für Strömungsmechanik der TU Dresden bearbeitet.
Die Simulation der Zweiphasenströmung soll mit der kommerziellen Simulationssoft-ware Ansys Fluent realisiert werden. Ausgangsgrößen des Simulationsmodells sind die Partikeltrajektorien, aus denen sich beispielsweise der Erfassungsgrad berechnen lässt. Für die Simulation des Gesamtprozesses wird ein Euler-Lagrange-Ansatz verwendet. Dabei wird die Bewegung einzelner Partikel durch die kontinuierliche Fluidphase verfolgt, um das Gesamtverhalten zu modellieren. Die Strömung des Fluids wird durch die lokal gemittelten Navier-Stokes-Gleichungen beschrieben, die mit traditionellen Ansätzen der numerischen Strömungsmechanik (CFD) gelöst werden können. Bei der Verwendung eines Discrete Phase Models (DPM) werden Partikelwechselwirkungen vernachlässigt, da davon ausgegangen wird, dass die dispergierte Phase nur einen geringen Volumenanteil ( kleiner als 10 %) einnimmt. Dieses Modell hat einen moderaten Ressourcenbedarf für die Berechnung.
Bei der Simulation von Kontaktereignissen (z. B. Partikel-Wand-Kontakt) wird die Bewegung diskreter Festkörper in dem Fluid durch die Diskrete-Elemente-Methode (DEM) berechnet, wobei die Newtonschen Bewegungsgleichungen auf jedes Partikel angewendet werden. Die Wechselwirkungen zwischen der Fluidphase und der Feststoffphase werden durch die Verwendung des dritten Newtonschen Gesetzes modelliert. (Text gekürzt)
Das Projekt "Teilprojekt: Prozessbasierte Erfassung des Stoffeintrags ins Grundwasser aus Kanalleckagen: Entwicklung eines Expertensystems (alt: Stofftransport und Stoffumsetzungen bei Versickerungen im Nahbereich von Kanalleckagen: Bilanzierung mit Hilfe eines numerischen Modellwerkzeugs)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe (TH), Institut für Hydromechanik durchgeführt. Ziel des Projekts ist die Erfassung und Bilanzierung der strömungsmechanischen, chemischen und biologischen Prozesse des Stofftransports und der Stoffumsetzung sowie deren Zusammenwirken im Nahbereich von Kanalleckagen. Dazu ist die Anwendung bzw. Weiterentwicklung eines numerischen Modellwerkzeugs notwendig. Die Ermittlung der Parameter sowie die Validierung für das modular aufgebaute Modell erfolgt anhand der Ergebnisse unterschiedlicher Laborexperimente. Am IfH werden Versickerungsexperimente in einer Versuchsrinne zum Wasser- und Stofftransport in der ungesättigten Bodenzone durchgeführt. Die Stoffeigenschaften sowie die chemischen und biochemischen Umsetzungsprozesse bis hin zur Selbstabdichtung der Kanalleckagen ('bio-clogging') werden parallel in Säulenversuchen der Forschungsvorhaben des ISWW, IIBA, IPG, EBI und AGK untersucht. In einem Abwassermodellkanal wird das Zusammenwirken der Einzelprozesse untersucht und mit dem numerischen Modellwerkzeug bilanziert. Die mit dem Modell quantifizierbare Emission aus einer Kanalleckage wird in Zusammenarbeit mit dem Forschungsvorhaben des AGK über einen auf einer einfachen Parametrisierung basierenden Bilanzierungsansatz in eine Immission auf regionaler Skala ins Grundwasser transformiert. Späterer Projekttitel: Prozessbasierte Erfassung des Stoffeintrags ins Grundwasser aus Kanalleckagen: Entwicklung eines Expertensystems
Das Projekt "Numerische Modellierung mikrobiell beeinflusster Stofftransportvorgaenge im Grundwasser" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kassel, Fachbereich 14 Bauingenieurwesen durchgeführt.
Das Projekt "Zyklisch-dynamische Eigenschaften von Partikelschäumen (HYSTERESIS)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die experimentelle und numerische Untersuchung des mechanischen Verhaltens von Partikelschäumen unter quasi-statischer sowie zyklischer Belastung im Druckbereich. Mit Hilfe eines im Vorhaben zu entwickelnden Prüfstandes zur Durchführung von umgebungsdruckabhängigen Stauchungsversuchen sowie der Anwendung röntgentomografischer Analysen sollen die Wechselwirkungen zwischen Zellgas, Zellstruktur und Grundpolymer einerseits und den zeitabhängigen mechanischen Eigenschaften des Partikelschaums andererseits analysiert werden. Im Mittelpunkt stehen dabei die viskoelastischen Eigenschaften und das Kriechverhalten des Partikelschaums sowie die globalen und lokalen Spannungs-Stauchungs-Verläufe bei wiederholter Be- und Entlastung. Die Analyse der Zellmorphologie bildet die Grundlage für die numerische Simulation der Partikelschäume, wobei zunächst einzelne Be- und Entlastungsschritte unter Berücksichtigung der Zellstruktur, des Zellglases und der Viskoelastizität simuliert werden. Hierdurch sollen insbesondere inelastische Effekte und Instabilitäten auf lokaler Ebene detektiert und deren Auswirkung auf das globale Verhalten identifiziert werden. Die Arbeiten schaffen damit wichtige Grundlagen für ein verbessertes Materialverständnis, das für eine ressourceneffizientere und verlässlichere Auslegung von langzeitbeanspruchten Partikelschaumstrukturen notwendig ist.