Das Projekt "Untersuchung zur Leistungsfaehigkeit von Stauraumkanaelen mit untenliegender Entlastung hinsichtlich des Stoffrueckhaltes bei Mischwasserabfluss" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Lehrstuhl und Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft durchgeführt. Zunaechst wurden Erkenntnisse ueber die hydrodynamischen und Transportvorgaenge in Mischwasserspeicher zusammengetragen und auf ihre Relevanz hinsichtl. der Stauraumkanaele ueberprueft. Diese theoret. Untersuchung ist im Hinblick auf eine numerische Simulation ausgerichtet. Basis ist die Grundlagenforschung Stauraumkanaele (DFG Ri 657/2-3) im SFB Hydrologie bebauter Gebiete sowie Erfahrungen des Inst. f. Wasserbau u. Wasserwirtschaft im Bereich der Erosions- u. Transportuntersuchungen in Fliessgewaessern (DFG Ru 465/4-1). Es wurde das physikalische Modell eines SKU in der Versuchshalle des IWW mit versch. geometrischen, hydraulischen und stofflichen Randvorgaben eingesetzt. Es konnten detaillierte Rueckschluesse ueber den instationaeren Fuellungsprozess, das Entlastungsereignis und den Entleerungsprozess gewonnen werden. Diese Versuche sind, bedingt durch Modellgesetze, nur eingeschraenkt quantitativ auf Grosstechnische Anlagen uebertragbar, vermitteln, jedoch ein qualitatives Bild der Vorgaenge. In Zusammenarbeit mit der Univ. of Sheffield wurden hydrodynamische, sowie Transportuntersuchungen an einem Entlastungsbauwerksmodell durchgefuehrt. Diese Ergebnisse stehen in Uebereinstimmung mit denen vom Labormodell des IWW und mit den numerischen Modellen. Es zeigte sich, dass die Ausbreitungsvorgaenge in den Stauraumkanaelen stark dreidimensionaler Auspraegung sind und das bis dahin in einigen Labortests erfolgreich eingesetzte 2D numerische breitengemittelte Modell nicht praxistauglich war. So musste im 2D-Modell zu einer korrekten Modellierung der Ausbreitungsvorgaenge ein Dispersionkoeffizient fuer die seitliche Verteilung bestimmt werden, was zu der angestrebten Uebertragbarkeit und der Sensitivitaetsanalyse im Widerspruch stand. Es wurde entschieden, ein bereits entwickeltes 3D-Modell (PASTIS) zu verwenden, das auf die Besonderheiten in der Modellierung der Stauraumkanaele angepasst wurde. In der Uebergangsphase wurde zu Testzwecken ein kommerzielles 3D-Finite-Differenzen-Modell (FLUENT) mit Erfolg eingesetzt. Die Ergebnisse dieser Tests waren Grundlage zielgericht. Entwicklung am institutseigenen 3D-Modell hinsichtl. des Einsatzes an den Stauraumkanaelen. Nach dem Umbau und der Testphase wurden versch. Geometrien von Stauraumkanaelen diskretisiert und das Modell kalibriert. Die Kalibrierung des numerischen Modells wurde mit Hilfe der Messdaten (DBV, MIS, PIV), die am physikalischen Modell des IWW gewonnen werden konnten durchgefuehrt. Das Modell wurde in einer Verifikation belegt. In der Sensitivitaetsanalyse wurde nach den gewonnenen Erkenntnissen ein numerischer Kanalprototyp, modelltechnisch aehnl. einem natuerlichen Stauraumkanal, in versch. geometrischen Ausfuehrungen mit einem Spektrum an hydrodynam. Randbedingungen und mit Wasserinhaltsstoffen untersch. physikalischer Eigenschaften belastet. Mit den Ergebnissen konnten eingeschr. Bemessungs- und Gestaltungsvorschlaege fuer Stauraumkanaele mit untenliegender Entlastung abgeleitet werden.
Das Projekt "KEROMIX: Modellierung und experimentelle Untersuchung von Mischungsvorgängen in Gasturbinenbrennkammern - Turbulenz- und Mischungsmodell" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachgebiet Energie- und Kraftwerkstechnik (EKT) durchgeführt. Die Senkung der Schadstoffemissionen ist eine zentrale Aufgabe des nationalen Luftfahrtforschungsprogramms. Verbesserte Wirkungsgrade fuehrten in den vergangenen Jahren zu einer erheblichen Reduktion der einzusetzenden Brennstoffmenge, die wiederum direkt mit den CO2- und H2O-Emissionen verknuepft ist. Die damit verbundenen hoeheren Druecke und Temperaturen beguenstigen jedoch den NOx-Bildungsprozess. Eine Moeglichkeit, die NOx-Bildung zu vermeiden, ist die Mager-Verbrennung. Um die magere Stabilitaetsgrenze nicht zu unterschreiten, ist es unabdingbar, den Einfluss der Sekundaerluft-Einblasung auf die Primaerzone zu kennen. Daher befasst sich das Fachgebiet Energie- und Kraftwerkstechnik (FG EKT) der Technischen Hochschule Darmstadt mit der Modellierung und experimentellen Untersuchung von Mischungsvorgaengen in Gasturbinenbrennkammern. Das Teilprojekt geliedert sich in einen theoretischen und experimentellen Teil. In dem theoretischen Teil soll das Stroemungsfeld in der Mischzone mit Hilfe numerischer Simulation beschrieben werden. Diese hochturbulenten Strukturen sollen durch moderne Reynolds-Spannungs-Modelle beschrieben werden. Entsprechend soll die Mischung der beiden Teilstroeme ebenfalls mit einem Schliessungsmodell zweiter Ordnung erfasst werden. Hervorzuheben ist hier, dass gesicherte Mischungsmodelle zweiter Ordnung mit vollstaendig bestimmten Konstanten zur Zeit nicht vorliegen und der Neuheitscharakter dieser Modelle daher verstaerkten Entwicklungsaufwand erfordert. Die experimentellen Untersuchungen umfassen im wesentlichen Messungen am Mischkammerpruefstand des Fachgebietes Gasturbinen und Flugantriebe (FG GFA) und erfolgen in enger Zusammenarbeit mit dem FG GFA. Mit Hilfe von LDA-Messungen soll das Geschwindigkeitsfeld in der Mischkammer bestimmt werden. Die komplexe Stroemung, drei verdrallte Hauptstroemungen mit senkrecht dazu eingeblasenen Freistrahlen, erfordert eine hohe Raumaufloesung und moeglichst dreidimensionale Messungen. Anhand dieser Messergebnisse sollen die zu entwickelnden Modelle validiert werden und dann zu einem nulldimentionalen Modell zusammengefuehrt werden. Dieses nulldimensionale Modell sol die Rueckstromrate in die Primaerzone anhand der Einflussparameter Drallzahl und Impulsverhaeltnis beschreiben.
Das Projekt "Optimierung von Nachklaerbecken" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe (TH), Institut für Hydromechanik durchgeführt. Durch stroemungsbeeinflussende Einbauten kann der Wirkungsgrad von Nachklaerbecken verbessert werden. Um teure und stoerende Eingriffe in den Betrieb von Abwasserreinigungsanlagen zu vermeiden, wird die Wirkung von Einbauten in Modellen getestet. Basierend auf dem k-epsilon-Turbulenzmodell, erweitert um die Modellierung von Absetzvorgaengen, wurde am Institut fuer Hydromechanik ein Programm zu numerischen Simulation von Nachklaerbecken entwickelt. Im Rahmen dieses Projektes soll das Programm weiterentwickelt und an die Spezifikationen von Rundbecken angepasst werden. Die Ergebnisse werden anschliessend durch Vergleich mit Messergebnissen aus einem physikalischen Modell verifiziert, das ebenfalls im Rahmen dieses Projektes am Institut fuer Hydromechanik betrieben wird.
Das Projekt "Stochastische Modelle zur Simulation des Transportes nicht kohaesiver Sedimente in offenen Gerinnen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität der Bundeswehr München, Fakultät für Bauingenieur- und Vermessungswesen, Institut für Wasserwesen, Lehrstuhl für Hydromechanik und Hydrologie, Kommissarisch: Lehrstuhl für Konstruktiven Wasserbau durchgeführt. Anwendung von stochastischen Methoden zur Beschreibung der raeumlichen und zeitlichen Verteilung von suspendierten Feststoffen. Ableitung von Random Walk Modellen zur Simulation der Bewegung von Partikeln in turbulenter Stroemung.
Das Projekt "Fortschrittliche Verbrennungstechnologie fuer Kraftwerke - Teilvorhaben 1: Messungen an Grosskesselanlagen zur Validierung der mathematischen Modelle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Fakultät für Energietechnik, Institut für Verfahrenstechnik und Dampfkesselwesen durchgeführt. Am IVD werden mathematischen Modelle zur Beschreibung von Verbrennungsvorgaengen und zur Simulation von Kraftwerksfeuerungen eingesetzt. Um diese Modelle erweitern und validieren zu koennen, sollen im Rahmen des Projektes Messwerte von modernen Feuerungsanlagen bereitgestellt und dazu moderne Messtechniken erprobt und weiterentwickelt werden. Gleichzeitig sollen den Betreibern von Grosskraftwerksanlagen Informationen ueber die Verbrennungsbedingungen der eingesetzten Brennstoffe zur Verfuegung gestellt und moegliche betriebliche Probleme besser und zuverlaessiger erklaert werden. Dies soll der Optimierung des Anlagenbetriebs dienen. Das Messprogramm umfasst den Einsatz und die Erprobung moderner Messtechniken wie: - die Laser-Doppler-Anemometrie zur Geschwindigkeits- und Turbulenzmessung, - die 2-/3-Farbenpyrometrie zur Messung von Temperaturfeldern mit hoher oertlicher Aufloesung, - Schallpyrometrie (Universitaet des Saarlandes), - Nahinfrarot-Diodenlaserspektroskopie fuer Gaskonzentrationsmessungen (PCI der Universitaet Heidelberg), - und konventioneller Messtechniken (Absaugmesstechniken) zur Bestimmung der Temperaturen und der Gaskonzentrationen des Rauchgases. In der ersten Messphase im Modellkraftwerk Voelklingen/Fenne der Saarbergwerke AG wurden Messungen im Brennernahbereich von NOx-armen Brennern modernster Generation und am Feuerraumende durchgefuehrt. Die Schallpyrometrie wurde neben der LDA-Messtechnik erfolgreich eingesetzt. In der 2. Messphase im HKW 2 der Neckarwerke AG in Altbach/Deizisau soll eine moderne Allwandfeuerung vermessen werden. Es soll die 2-/3-Farbenpyrometrie hinsichtlich ihres Einsatzes unter rauhen Kraftwerksbedingungen erprobt und mit Hilfe der LDA-Messtechnik das Stroemungsprofil im Brennernahbereich moderner Brenner detailliert untersucht werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Modellierung der Wechselwirkung von Turbulenz und Verbrennung in eingeschlossenen Drallflammen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachgebiet Energie- und Kraftwerkstechnik (EKT) durchgeführt. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung und Validierung eines vollstaendigen Simulationsmodells zur Beschreibung von verdrallten, eingeschlossenen Flammen. Die verwendeten Turbulenzmodelle sollen ueber den Stand der Technik, d.h. die zur Zeit industriell einsetzbaren Modelle, hinausgehen und modernste wissenschaftliche Erkenntnisse beruecksichtigen. Der Schwerpunkt der Modellformulierung soll auf folgenden Gebieten liegen: Neue Turbulenzmodelle, Kopplungsmodelle und Wechselwirkungen von Turbulenz und Verbrennung. Im einzelnen ist geplant, eine Weiterentwicklung und Selektion geeigneter Turbulenzmodelle fuer anwendungsnahe, verdrallte Stroemungen sowie eine Entwicklung geeigneter Kopplungsmodelle fuer Strahlung und Reaktion durchzufuehren. Weiterhin sollen alle Geschwindigkeitsmomente mit einer modernen 3-Komponenten LDA bestimmt werden.
Das Projekt "TECFLAM - Mathematische Modellierung und Laser-Messtechnik von Verbrennungsvorgaengen - Teilvorhaben: Entwicklung hoeherer Turbulenzmodelle fuer Flammen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachgebiet Energie- und Kraftwerkstechnik (EKT) durchgeführt. Der theoretische Teil des Forschungsvorhabens befasst sich mit der Entwicklung hoeherer Turbulenzmodelle fuer Flammen. Die vollstaendigen Reynolds-Stress-Erhaltungsgleichungen sollen dabei unter besonderer Beruecksichtigung der Druck-Scher-Korrelationen auf Verbrennungssysteme uebertragen werden. Die Entwicklung vektorieller Laengenmassgleichungen, die Integration von Intermittenzeffekten sowie die Modellierung der skalaren Dissipationsrate sind weitere thematische Schwerpunkte der Modellentwicklung. Im experimentellen Teil des Vorhabens werden die vollstaendigen Geschwindigkeitsmomente 2ter und 3ter Ordnung in 3-Raumrichtungen sowie Integrallaengenmasse und Intermittenzfaktor mit einem 3-D-LDA-System und einem Raman-Spektroskopie-System bestimmt. Diese Groessen, die bisher in Flammen noch nicht systematisch bestimmt wurden, bilden die Basis fuer eine begruendete Weiterentwicklung der Turbulenzmodellierung.
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