Methane emissions from inland water bodies are of growing global concern since surveys revealed high emissions from tropical reservoirs and recent studies showed the potential of temperate water bodies. First preliminary studies at the River Saar measured fluxes that exceed estimates used in global budgets by one order of magnitude. In this project we will investigate the fluxes and pathways of methane from the sediment to the surface water and atmosphere at the River Saar. In a process-based approach we will indentify and quantify the relevant environmental conditions controlling the potential accumulation of dissolved methane in the water body and its release to the atmosphere. Field measurements, complemented by laboratory experiments and numerical simulations, will be conducted on spatial scales ranging from the river-basin to individual bubbles. We will further quantify the impact of dissolved methane and bubble fluxes on water quality in terms of dissolved oxygen. Special emphasize will be put on the process of bubble-turbation, i.e. bubble-mediated sediment-water fluxes. The project aims at serving as a reference study for assessing methane emissions from anthropogenically altered river systems.
Es wurde ein hochaufloesendes mikroskaliges numerisches Rechenmodell zur Simulation der Wechselwirkungen zwischen verschiedenen natuerlichen und kuenstlichen Oberflaechen, der Vegetation und der Atmosphaere entwickelt. Das Modell ermoeglicht die Simulation der Auswirkungen lokaler Umweltgestaltung (Strassengruen, Entsiegelung, Baugestaltung) auf das Mikroklima im staedtischen Umfeld.
Eine der Standardmethoden zur Temperaturbestimmung in der Mesopausen-Region basiert auf spektroskopischen Messungen der Rotationstemperaturen von Hydroxyl-Molekülen. Eine wichtige Frage bei der Interpretation der gemessenen Rotationstemperaturen ist die Frage nach der Thermalisierung der Rotationszustände. Bisher gibt es jedoch nur wenige Untersuchungen zu diesem Thema.Das Ziel dieses Projektes ist, Hydroxyl-Moleküle in verschiedenen Rotations-Schwingungs-Zuständen in der oberen Mesosphäre und unteren Thermosphäre zu untersuchen. Zu diesem Zweck soll ein kinetisches Modell der Schwingungs- und Rotations-Anregungen von OH entwickelt werden. Das Modell soll verwendet werden, um die Konzentrationen von angeregten Hydroxyl-Molekülen und Emissionsraten in verschiedenen Höhen und für verschiedene atmosphärische Bedingungen zu simulieren. Insbesondere sollen die Besetzungen der Rotationszustände analysiert werden, um Abweichung vom lokalen thermodynamischen Gleichgewicht bewerten zu können. Die Modellergebnisse sollen mit bodengestüzten Messungen und Satelliten-Messungen verglichen werden.
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.
Als Füllmaterial oder als Bestandteil technischer Barrieren in Endlagern von chemisch-toxischen oder radioaktiven Abfällen werden bestimmte Tonminerale verwendet bzw. in den Designstudien vorgeschlagen. Dabei sind vor allem drei Eigenschaften dieser Tone ausschlaggebend: Die geringe Wasserleitfähigkeit, das Quellvermögen bei Wasserzutritt und das Rückhaltevermögen für Kationen. Das wünschenswerte Rückhaltevermögen auch für Anionen fehlt bei naturbelassenen Tonen, kann aber durch Behandlung erzeugt werden, bei der die Zwischenschicht-Kationen der Tone durch bestimmte organische Kationen ersetzt werden. Dadurch entstehen sogenannte organophile Tone, die so eingestellt werden können, daß sie beide Ionenarten sorbieren können. Die entscheidenden Mechanismen dieser Sorptionsprozesse an organophilen Tonmineralen und die sich dabei ergebenden Strukturen des Tonminerals sind noch nicht vollständig bekannt. Ihre umfassende Kenntnis ist jedoch wichtig für die gezielte Optimierung ihrer Sorptionseigenschaften und ihrer Eignung zum Einsatz unter Endlagerungsbedingungen. Das Optimierungspotential liegt in der chemischen Struktur, Größe und Ladungsverteilung des organischen Kations sowie in der Wahl des Tonminerals. Zur Erlangung bisher fehlender Detailkenntnisse und zur Unterstützung der Optimierung soll daher in diesem Forschungsvorhaben eine Computersimulation des Organo-Ton-Systems auf der Basis der bisher gesammelten experimentellen Informationen entwickelt werden. Mit diesem Modell soll die Konsistenz des bisherigen Verständnisses der beteiligten Phänomene überprüft, geeignete Fragestellungen an das Experiment entwickelt und Optimierungsschritte durch Simulation ausgewählt werden.
Auch in aeroben Böden finden Denitrifikationsprozesse statt, aller Voraussicht nach in heterogen verteilten anoxischen Mikrobereichen. Lokal anaerobe Bedingungen sind dabei entweder das Ergebnis einer limitierten Sauerstoffnachlieferung oder von besonders hohem Sauerstoffverbrauch bei der mikrobiellen Zersetzung von leicht abbaubarer organischer Substanz. Die Dynamik des Stickstoffumsatzes wird durch ein Zusammenspiel von mikrobieller Aktivität und abiotischen Bedingungen gesteuert, die eng mit der Bodenstruktur zusammenhängen. Denitrifikation ist ein Mehrskalenprozess, bei dem die biogeochemischen Prozess in einzelnen Poren stattfinden, während die relevante Skala für den Transport von Sauerstoff und organischer Substanz Millimeter bis Dezimeter ist. Schließlich werden für Klimasimulationen die aggregierten Produktflüsse für Gebiete mit einer Fläche von mindestens einigen Quadratkilometern benötigt. Diese enorme Spanne von mindestens drei Skalen über mehr als 9 Größenordnungen soll in diesem Projekt durch Modellierung und numerische Simulation mit einer Hierarchie von drei verschiedenen Modellen überbrückt werden. Ein dreidimensionales porenskaliges Modell wird zur Simulation einzelner Aggregate verwendet, ein ebenfalls dreidimensionales kontinuumskaliges Modell zur Simulation von Experimenten in Boden-Mesokosmen und ein drittes, eindimensionales Modell zum Testen von Upscaling-Konzepten, die später Eingang in Simulationen für ganze Landschaften finden sollen. Die Modelle werden mit Batchexperimenten parametrisiert und durch Untersuchung ihrer Fähigkeit zur Prognose der zeitlichen Dynamik der Denitrifikation und der Stöchiometrie der Produkte für Experimente mit unterschiedlichen Materialien (von künstlichen porösen Medien bis zu ungestörten Böden) und Randbedingungen validiert. Die Hierarchie von Modellen wird dann verwendet um verbesserte effektive Modelle der Denitrifikation auf der Macroskala zu entwickeln. Die betrifft insbesondere die Bildung, Ausdehnung und Auswirkung anaerober Mikrozonen.
The broad objective of the research is to gain a fundamental understanding of the surface reaction chemistry of exhaust catalysts operating under cycling conditions. Using an integrated theoretical approach we specifically target NOx abatement, with particular emphasis on the appearance and destruction of surface oxide phases as the reactor conditions cycle from oxidative to reductive during the operation of the NOx Storage Reduction (NSR) catalyst system. Methodologically this requires material-specific, quantitative and explicitly time-dependent simulation tools that can follow the evolution of the system over the macroscopic time-scales of NSR cycles, while simultaneously accounting for the atomic-scale site heterogeneity and spatial distributions at the evolving surface. To meet these challenging demands we will develop a novel multi-scale methodology relying on a multi-lattice first-principles kinetic Monte Carlo (kMC) approach. As representative example the simulations will be carried out on a PdO(101)/Pd(100) surface oxide model, but care will be taken to ensure a generalization of the multi-lattice first-principles kMC approach to other systems in which phase transformations may occur and result in a change in the surface lattice structure depending upon environmental variables.
Zur Simulation von PKW-Emissionen im realen Verkehr wurde am Institut das Modell PHEM entwickelt. Dabei werden aus den dynamischen Messungen am Rollenprüfstand die sekündlichen Messwerte der gasförmigen Emissionen in Emissionskennfelder gerastert. Aus diesen Kennfeldern können die Emissionen in beliebigen anderen Fahrsituationen dann interpoliert werden. Diese Methode versagt bei den Partikelmasseemissionen grundsätzlich, da man je dynamischen Test nur einen Partikelmassewert aus der gravimetris u.s.w.
Die Koordination der Waermeschutzforschung im Hochbau (KWH) hat fuenf Aufgaben: 1. Unterstuetzen von Forschern bei der Konzeption und Formulierung von neuen Forschungsprojekten im Rahmen eines Forschungsplanes. 2. Beurteilen von Gesuchen fuer den NEFF 3. Betreiben einer Energiebibliothek 4. Foerdern der Kommunikation zwischen Forschern, Architekten und Ingenieuren durch - nationale Seminare - Vortraege - persoenliche Beratung mit Architekten und Ingenieuren 5. Spezielle Projekte, wie z.B. - die Leitung des schweizerischen Teils des Projektes: 'Passive and Hybrid Solar Low Energy Buildings', (ein Aufgabenbereich der Internationalen Energie-Agentur) - Mitarbeit in Arbeitsgruppen der KNS.
Energiesparen und Energieeffiziente Systeme sind aufgrund der Kyoto-Beschlüsse von 1997 und verschiedener EU-Programme wie z.B. der EU-Richtlinie 'Energy Using Products' (EUP) von steigender Bedeutung. Dabei sollen nicht nur die Großverbraucher und die Industrie, sondern auch die Haushalte einen entsprechenden Beitrag leisten. Einphasen-Asynchronmotoren werden aufgrund der Robustheit und des geringen Kaufpreises sehr häufig vor allem dort eingesetzt, wo ein Antrieb mit konstanter Drehzahl laufen soll. Im Haushalt sind typische Anwendungsbereiche z.B. die Pumpen und Lüfter im Heizungsbereich. Laut der 'Wilo-Herbstkampagne: Mit Hocheffizienz gegen CO2' ist eine ungeregelte Heizungspumpe mit 605kWh/Jahr nach dem Elektro-Herd mit 876kWh/Jahr der zweitgrößte Verbraucher im Haushalt. Bei ungeregelten Heizungspumpen läuft die Pumpe mit konstanter Drehzahl, die Fördermenge wird über meist elektrisch betätigte Stellventile verändert. Dies ist in höchstem Grade ineffizient. Eine Verbesserung kann erreicht werden, indem auf die Stellventile verzichtet und die Drehzahl der Pumpe entsprechend der gewünschten Fördermenge verändert wird. Im vorliegenden Forschungsgebiet werden die Konzepte Phasenanschnittsteuerung, Schwingungspaketsteuerung (als Voll- oder Halbschwingungssteuerung ausgeführt) und Erweiterte Schwingungspaketsteuerung (Halbwellensteuerung mit der Möglichkeit eine Halbschwingung umzupolen) hinsichtlich des dabei erzielbaren Wirkungsgrades untersucht.
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