Das Projekt "3.4.3; 'Optimierung der Wärmeübertragung mit fortschrittlichen CFD Methoden'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Institut für Antriebstechnik durchgeführt. 1. Dieses Vorhaben ist Bestandteil des Verbundprojektes AG Turbo COOREFLEX im Teilgebiet Kühlung. Das DLR beteiligt sich mit der Abteilung Numerische Methoden des Instituts für Antriebstechnik an dem Projekt. Dabei wird das Programmpaket TRACE als Werkzeug der numerischen Strömungssimulation und Optimierung weiterentwickelt. Das Ziel des Vorhabens soll es sein, eine präzise Auslegung von thermisch beanspruchten Bauteilen in Gasturbinen mittels 3D-CFD zu ermöglichen. 2. Wärmeübergangsmodellierung wird durch die Implementierung neuartiger Modelle, die eine allgemeinere physikalische Grundlage als die bis heute vorwiegend genutzte Reynoldsanalogie haben, wesentlich verbessert werden, Nach der Literaturrecherche und der Auswahl eines geeigneten Grundmodells wird dieses speziell auf die Bedürfnisse in Turbomaschinen weiterentwickelt. Die Auswertung diabater Strömungsrechnungen ist ein essentieller Bestandteil, um die thermisch hoch beanspruchten Stellen zu identifizieren. Daher wird das Postprocessing adäquat weiterentwickelt, um alle relevanten Strömungs- und Grenzschichtgrößen zur Verfügung stellen zu können. Die genaue Kenntnis der Strömungssituation (Grenzschichtzustand, Transitionslage) unter dem Einfluss von Rauigkeit und Mischungseffekten ist nötig, um die durch die Strömung transportierte Wärme zu quantifizieren. Dazu ist es erforderlich, eine Erfahrungsbasis in der Anwendung anisotroper Turbulenz- und Transitionsmodelle in Kombination mit Modellen zu erreichen.
Das Projekt "FLUKZ - Durchflussmessung im Bereich gestörter Strömungsprofile im Kanalnetz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fachhochschule Münster, Fachbereich Bauingenieurwesen, Labor für Wasserbau und Wasserwirtschaft durchgeführt. In der Siedlungswasserwirtschaft stellen Durchfluss-Daten aus Kanalnetzen wesentliche Grundlagen für Planung und Betrieb dar und dienen dem Gewässer- sowie dem Hochwasserschutz. Planerisch und wirtschaftlich von besonderer Bedeutung sind Daten zum Schmutzwasser-, Fremdwasser- und Niederschlagsabfluss. Von diesen Planungsgrundlagen sind Investitionen in Milliardenhöhe in den Infrastrukturbereichen Kanalisation und Kläranlagen abhängig. Messtechnik für die Durchflussmessung ist zwar technisch hoch entwickelt. Ihre Anwendung setzt jedoch störungsfreie Mess-Stationen mit voll entwickelten Strömungsprofilen voraus, um aus den gemessenen lokalen Fließgeschwindigkeiten und Wassertiefen einen Gesamtdurchfluss zu berechnen. Diese idealen Verhältnisse liegen in der Praxis nur sehr selten vor. Bedingt durch die vielfältigen Zwangspunkte, Zuleitungen und Einbauten sind die Strömungsprofile in Kanalisationsanlagen oftmals erheblich gestört. In diesem Vorhaben sollen Störungseinflüsse identifiziert, eingegrenzt und hinsichtlich der Genauigkeit der Durchflussmessung beurteilt werden. Ziel des Vorhabens ist die Formulierung von Anwendungsregeln und Korrekturverfahren für Messungen an Querschnitten in der Kanalisation mit ausgewählten Störeinflüssen. Weiterhin sollen die Ergebnisse der sehr aufwändigen Strömungssimulationen den Projektpartnern in einer Datenbank mit Visualisierungstool für eigenständige Weiterentwicklungen zur Verfügung gestellt werden. Durch Anwendung der Projektergebnisse kann eine zeitnahe Verbesserung des Standes der Technik bei der Durchflussmessung und deren Genauigkeit erwartet werden.
Das Projekt "INFLOW-Noise: Bewertung relevanter Lärmquellen von Windenergieanlagen unter realen atmosphärischen Zuströmbedingungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Institut für Physik, ForWind - Zentrum für Windenergieforschung durchgeführt. An Windenergieanlagen (WEA) tritt strömungsinduzierter Lärm aufgrund von verschiedenen Ursachen auf. Dieser Lärm spielt eine erheblich Rolle bei der Akzeptanz von WEA im Onshore-Bereich. In diesem Projekt wird versucht mögliche Ursachen von strömungsinduziertem Lärm zu erfassen und zu lokalisieren. Insbesondere im Hinblick auf durch die Anströmbedingungen ausgelöste Geräuschemission soll Untersucht werden, ob, mit welcher Quantität und wie turbulente Einströmungsbedingungen zu Lärmentwicklung von WEA beitragen. Zu diesem Zweck werden primär numerische Simulationen durchgeführt. Diese beinhalten aerodynamische Large Eddy Simulationen (LES) aus der Computational Fluid Dynamic (CFD), wie auch aufwendige aeroakustische Simulationen. Diese sollen unter unterschiedlichen turbulenten Einströmbedingungen in verschiedenem Detailierungsgrad durchgeführt werden. ForWind führt in dem Projekt zum Einen Validierungsmessungen im Windkanal durch. Zu diesem Zwecke werden aerodynamische Messungen an Blattprofilen hinter einem fraktalen Gitter durchgeführt. Dieses dient dazu, ein, der atmosphärischen Turbulenz möglichst nahe kommendes, intermittentes Windfeld zu erzeugen, welches auf das Blattprofil trifft. Zusätzlich sollen akustische Simulationsergebnisse mit Messergebnissen validiert werden. Zum Anderen, werden numerische Turbulenzmodelle, die intermittente Eigenschaften der Windströmung erfassen können in CFD-Codes implementiert, um die Windcharakteristik möglichst genau zu erfassen.
Das Projekt "LEDF-Konzepte: Innovative Brennverfahrenskonzepte für effiziente und emissionsarme Schiffsdieselmotoren der nächsten Generation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Rostock, Lehrstuhl für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren durchgeführt. Der Lehrstuhl für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren (LKV) und der Lehrstuhl für Technische Thermodynamik (LTT) der Universität Rostock arbeiten im Rahmen des Projektes LEDF (Low Emission Dual Fuel) gemeinsam mit Partnern aus der Industrie an Brennverfahrenskonzepten der nächsten Generation für mittelschnelllaufende Schiffsantriebe. Im Fokus steht dabei insbesondere die Kombination von klassischen Schiffskraftstoffen und Erdgas, mit deren Hilfe die ab 2016 gültigen Abgasgrenzwerte der International Maritime Organization, kurz IMO, noch einmal signifikant unterschritten werden sollen. Zur Realisierung des Vorhabens wird im Prüffeld beider Lehrstühle ein Einzylinder-Forschungsmotor aufgebaut, der nach der Fertigstellung zu den größten seiner Art weltweit zählen wird. Neben der Schaffung der hierfür notwendigen Infrastruktur zeichnet sich die erste Projektphase durch die parallele Erarbeitung neuartiger CFD-Ansätze und Methoden aus. Dabei steht den Projektpartnern mittels der in dieser Form und technologischen Tiefe erstmaligen Kombination von Simulation und Motorenversuch ein schlagkräftiges Werkzeug zur Verfügung, um sowohl konstruktive als auch prozessstrategische Maßnahmenpakete zur Effizienzsteigerung zu identifizieren. Durch die anschließende Umsetzung am realen Versuchsträger können Einzelmaßnahmen in Hinblick auf die Reduktion des Schadstoffausstoßes bei gleichzeitiger Steigerung der Leistungsdichte des Motors verifiziert werden. Das präzise Zusammenspiel von Simulation und Motorenversuch kann somit die Entwicklungszeiten moderner Schiffsantriebe nachhaltig reduzieren. Die Projektinhalte und -erkenntnisse sollen im Rahmen von Workshops und Fachpublikationen einer breiten wissenschaftlichen und industriellen Gemeinschaft zugänglich gemacht werden.
Das Projekt "FHprofUnt 2015: AErOMAt - Aerodynamische Energie-Optimierung durch Metamodell-gestützte Adaption von Strukturen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, Fachbereich Elektrotechnik, Maschinenbau und Technikjournalismus (EMT), Institut für Technik, Ressourcenschonung und Energieeffizienz (TREE) durchgeführt. Die Reduktion unseres Energieverbrauchs stellt eine der großen gesellschaftlichen Herausforderungen unserer Zeit dar. Der Optimierung aerodynamischer Strukturen kommt dabei eine wesentliche Rolle zu. Sowohl die Aerodynamik der gesamten Gestalt eines Objekts, als auch die Interaktion zwischen Struktur und Strömung gilt es zu optimieren. Rechnergestützte Ansätze sind hier bei der Simulation Stand der Technik, Schlüsselworte sind dabei 'computational fluid dynamics', 'finite element methods' und 'fluid structure interaction'. Bei der Optimierung ist eine Automatisierung bislang nur begrenzt möglich, da der hohe Rechenaufwand dies behindert. Im Projekt AErOMAt werden verschiedene bewährte Ansätze unterschiedlicher Disziplinen kombiniert, mit dem Ziel den Rechenaufwand zur Bestimmung einer optimierten Lösung zu reduzieren. Hierbei werden aktuelle Modellierungs-, Simulations-, Zerlegungs-, Kompressions- und Optimierungsverfahren eingesetzt. Durch die Verwendung von Surrogatmodellen als Basis einer evolutionären Optimierung soll die gesamte Gestalt bzw. Strömungs-Struktur-Interaktion von aerodynamischen Körpern effizienter werden und so ein Beitrag zur Reduktion des Energieverbrauchs geleistet werden. Für die Themenbereiche Simulation, Zerlegung, Reduktion/Adaption, Surrogatmodellierung, Optimierung und Systemintegration sind insgesamt vier halbe Stellen vorgesehen. Die damit verbundenen Tätigkeiten werden grundsätzlich promotionsbefähigend sein. Gemeinsam werden drei Meilensteine erarbeitet, die jeweils am Ende eines Förderjahres angesiedelt sind. Jeder Meilenstein stellt ein vollständiges Gesamtsystem dar, das zunehmend die Ergebnisse der einzelnen Themenbereiche integriert.
Das Projekt "Modelling reactive flows in urban water engineering" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, Institut für Integrative Biologie durchgeführt. Die neuen Herausforderungen für künftige Ingenieure im Bereich der Siedlungswasserwirtschaft liegen nicht mehr in der Planung und Realisierung von Anlagen 'auf der grünen Wiese', sondern vielmehr in der Weiterentwicklung und Optimierung der bestehenden Systeme. Diese Aufgabe ist ungleich anspruchvoller, da durch den Einbezug der bestehenden Anlage die Randbedingungen für eine Optimierung komplexer werden. Um den neuen Ansprüchen Rechnung zu tragen, werden bei der Optimierung von Reaktoren zur Wasseraufbereitung oder Abwasserreinigung häufig Simulationswerkzeuge eingesetzt. Dabei werden die Prozesse, die in solchen Reaktoren ablaufen charakterisiert und zusammen mit einem Modell für die Strömung mathematisch abgebildet. Insbesondere für die Abbildung der Strömung werden dabei sehr vereinfachte Modellvorstellungen verwendet und dies obwohl deren grosser Einfluss auf die Leistung des Reaktors bekannt ist. Dieser Einfluss wird sich in Zukunft eher noch verstärken: An die Systeme werden ständig neue Anforderungen gestellt, was diese an ihre Leistungsgrenzen stossen lässt, wo Effekte von suboptimalem Strömungsverhalten ein noch grösseres Gewicht erhalten. Dieser Umstand wurde bei experimentellen Untersuchungen von einem Belebungsbecken einer Abwasserreinigungsanlage und bei einem Reaktor zur Desinfektion von Trinkwasser ebenfalls festgestellt. Bei diesen Systemen führen komplexe Strömungsverhältnisse zu Einbussen in der Leistung des Reaktors oder zu energetisch ungünstigen Betriebszuständen. Herkömmliche Modelle sind dabei nicht mehr in der Lage, diese Komplexität abzubilden. Deshalb verlangt eine Weiterentwicklung dieser Reaktoren neue Modellierungsansätze gerade auf der Seite der Strömungsmodellierung. In diesem Zusammenhang schlagen wir die Verwendung von numerischer Strömungsmodellierung (CFD, Computational Fluid Dynamics) vor. Dieses Werkzeug erlaubt es, die Transportprozesse in solchen Reaktoren auf einer sehr viel detaillierteren Ebene abzubilden. CFD hat in anderen Anwendungsbereichen (z.B. Automobilindustrie) ein grosses Potenzial gezeigt und kann dank der immensen Entwicklung der Rechnerleistung mittlerweile auch auf die grossen, mehrphasigen und turbulenten Systeme der Siedlungswasserwirtschaft angewendet werden. Wir verwenden dieses Werkzeug um an ausgewählten aber typischen Systemen den Effekt von Strömungsphänomenen auf die Reaktorleistung aufzuzeigen. Die Überprüfung der Resultate erfolgt dabei mit Hilfe spezifischer Experimente und Messungen reaktiver Stoffe mittels neu entwickelter in-line Sensoren. Dabei werden Stoffe verwendet, die im System natürlicherweise vorkommen (Ammonium in der Abwasserreinigung) oder bewusst in der Prozessführung zugegeben werden (Ozon zu Desinfektionszwecken in der Trinkwasseraufbereitung), denn gerade bei Experimenten im Trinkwasserbereich will man eine Zugabe von fremden Substanzen vermeiden.
Das Projekt "Development of Best Practices and Identification of Breakthrough Technologies in Automotive Engineering Simulation (AUTOSIM)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Nafems Ltd. durchgeführt. Objective: Major organisations in the European automotive industry have seen substantial benefit from the integration of modelling and simulation into their design process. Today, there is a need for more widespread adoption of engineering simulation throughout the supply chain. At the same time, technology is being developed that offers the potential to reach a new generation of advanced applications.A number of key issues are currently holding these developments back, including: A lack of sufficiently skilled personnel and inefficiencies in their use. Smaller organisations not being ready or able to deploy the technology. Limits to the confidence placed on the reliability of analytical results. Suppliers using different procedures when supplying to different companies. Researchers needing a coordinated industrial view on priorities for the development of breakthrough technologies. AUTOSIM will establish an international team of leading experts representing much of the European automotive industry. They will develop a preliminary set of Best Practice Guidelines, standard analytical procedures and research strategies. They will then consult with the wider automotive industry to gain feedback on the preliminary documents and establish credibility of the final documents.Final authoritative versions of these Best Practice Guidelines, standard analytical procedures and research strategies will be delivered and widely disseminated. Their adoption throughout the industry will: Increase the efficiency and improve the quality of simulation. Increase the efficiency of the supply chain. Enable simulation to be practiced more effectively by a broad range of personnel. Coordinate ongoing research by providing a focused set of priorities. Assist industry to plan its future implementation strategy for simulation. With these actions, AUTOSIM will contribute substantially to advancing design techniques in the European automotive industry.
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