Das Projekt "ROCKFLOW - Numerische Simulation von Stroemung, Stoff- und Waermetransport im Festgestein" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hannover, Institut für Strömungsmechanik und Elektronisches Rechnen im Bauwesen durchgeführt. Fuer zahlreiche Fragestellungen im Zusammenhang mit der Deponierung von Abfaellen, der Altlastensanierung, der Grundwassergewinnung und der Nutzung geothermischer Energie sind Modelluntersuchungen im Kluftgestein durchzufuehren. Dabei sind einerseits geringleitende Formationen fuer die Deponierung von Interesse, die eine wirksame geologische Barriere zur Isolierung von Schadstoffen bilden, andererseits geht es um die Bewirtschaftung von Aquiferen zur Grund- und Thermalwassergewinnung. Die Simulation von Stroemungs- und Transportprozessen in klueftig-poroesen Grundwasserleitern und Grundwassergeringleitern stellt spezifische Anforderungen an die modelltechnische Umsetzung, die aus der signifikanten Inhomogenitaet des klueftigen Untergrunds erwachsen. Zur numerischen Simulation solcher Vorgaenge ist das Finite-Elemente-Programmsystem ROCKFLOW entwickelt worden. Das Programm besteht aus einer Reihe von FE-Rechnenkernen (Kernels), welche die prozessspezifischen Differentialgleichungen mittels Galerkin-FEM approximieren. Diese Rechenkerne sind miteinander verknuepfbar (Models), so dass gekoppelte Prozesse (z.B. Tracertransport durch eine Gasstroemung) simuliert werden koennen. Physikalische Prozesse: Folgende physikalische Prozesse sind modellierbar: - Grundwasserstroemung (Sicker- und Kluftstroemung) - Gasstroemung (kompressible Fluide) - Mehrphasenstroemungen (Systeme aus in- und kompressiblen Fluiden) - nicht- (Forchheimer) und liniare Fliessgesetze (Darcy) - hydrodynamische Dispersion (Scheidegger-Ansatz) - Zerfallreaktionen - nicht- (Freundlich, Langmuir) und lineare Gleichgewichtssorption (Henry) - Dichtestroemungen. Numerik: ROCKFLOW ist ein Finite-Elemente-Simulator, wobei verschieden-dimensionale isoparametrische Elemente beliebig im Raum koppelbar sind. Auf der Basis der Methode der gewichteten Residuen wird eine zur prozessbeschreibenden Differentialgleichung aequivalente sog. 'schwache' Integralformulierung abgeleitet. Es stehen verschiedene Loeser zur Verfuegung (Gauss, BiCGSTAB, QMRCGSTAB), um die resultierenden albebraischen Gleichungssysteme zu loesen. Nichtlineare Probleme werden mit Picard- oder Newton-Verfahren behandelt. Gitteradaption: Ab der dritten Version stehen Methoden fuer eine problemangepasste Gitteradaption zur Verguegung. Der Algorithmus zur Gitteradaption basiert auf einem hierarischen Konzept zur Verfeinerung und Vergroeberung gekoppelter verschieden-dimensionaler Elemente. Diskretisierungsfehler koennen entweder mit heuristischen Indikatoren oder einem analytischem Estimator lokalisiert und quantifiziert werden.
Das Projekt "Einfluss mechanischer Schwingungen auf die Stroemung im Boden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe (TH), Institut für Hydromechanik durchgeführt. Mechanische Schwingungen beeinflussen die Stroemung im Boden, da der Stroemungswiderstand des Bodens infolge der Veraenderung der Durchtrittsquerschnitte im Rhythmus der Schwingungen veraendert wird (Atmung). Auch der Stofftransport durch den Boden sowie der damit verbundene Stoffaustrag aus Boden, Grundwasser und Bodenluft wird durch mechanische Schwingungen beeinflusst. Diese Tatsache ist bei der Verbesserung der Durchspuelung und/oder Sanierung des Bodens von besonderem Interesse. Gegenstand des Forschungsvorhabens ist die theoretische Untersuchung der Stroemung im Boden unter dem Einfluss von mechanischen Schwingungen sowie die Entwicklung eines physikalischen Modells zur Verifikation der theoretischen Untersuchungsergebnisse mit Hilfe von Labormessungen. Anwendungsfelder sind neben der Bodensanierung die Injektionstechnik oder die Mineraloelgewinnung.
Das Projekt "Stroemungen und Stofftransporte im Sicker- und Grundwasser" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungsverbund Berlin, Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei durchgeführt. Prozessorientierte Analyse und Modellierung der Eintragsmechanismen von Naehr- und Schadstoffen aus dem Einzugsgebiet ueber die wasserungesaettigte Zone und das oberflaechennahe Grundwasser in Fliessgewaesser und Seen auf unteren Skalenebenen; Untersuchung des Gebietswasser- und -stoffhaushalts und des Einflusses hydrologischer, hydrogeologischer und geochemischer Parameter auf Fliess- und Transportprozesse; mathematische Modellierung des Transports von konservativen und reaktiven geloesten Stoffen ueber die terrestrisch/aquatischen Systemgrenzen hinweg.
Das Projekt "Ausbreitung von Luftschadstoffen ueber nicht ebenem Gelaende" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe, Institut für Meteorologie und Klimaforschung durchgeführt. TRACT ist ein Subprojekt von EUROTRAC, EUROTRAC ein koordiniertes Programm zur Untersuchung des Transportes und der chemischen Umwandlung von Spurenstoffen und Schadgasen in der Atmosphaere ueber Europa. Forschungsschwerpunkte von TRACT sind: - experimentelle Studien zur Untersuchung von horizontalem und vertikalem Transport von Spurenstoffen in der Atmosphaere sowie -Analyse der atmosphaerischen Gegebenheiten mittels numerischer Simulation von solchen Situationen, die waehrend der TRACT-Messkampagne erfasst wurden. TRACT konzentriert sich dabei auf solche atmosphaerischen Prozesse des Transportes und der Vermischung, die in der atmosphaerischen Grenzschicht stattfinden und durch dynamische und thermische Einfluesse des inhomogenen Gelaendes beeinflusst sind. Die Prozesse, durch welche die taegliche Variation und die raeumliche Verteilung der Spurenstoffe in der Mesoskala bestimmt sind, bilden Schluesselelemente der Untersuchungen. Prozesse, die in groesserem Detail untersucht werden, sind: - Einfluss von orographischen Effekten auf die Entwicklung der atmosphaerischen Grenzschicht., - Einfluss von orographischen Effekten auf den atmosphaerischen Transport und die Austauschprozesse innerhalb der atmosphaerischen Grenzschicht, - der Uebergang (handover) von Luftverschmutzungen aus der atmosphaerischen Grenzschicht in die freie Troposphaere.
Das Projekt "Erneuerung der Wassermassen in der Ostsee (im Rahmen der deutsch-finnischen Zusammenarbeit)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kiel, Institut für Meereskunde durchgeführt. Im Rahmen einer Zusammenarbeit mit dem Inst. fuer Meereskunde, Helsinki, soll die Erneuerung des Wassers in den Ostseebecken untersucht werden. Diese Erneuerung ist von fundamenteller Bedeutung fuer die Verschmutzung sowie die Schwefelwasserstoffbildung in den Ostseebecken. Das Programm konzentriert sich in den Jahren 1985/87 auf den Austausch zwischen Bornholmbecken und Gotlandbecken. Es besteht aus a) einem Messprogramm der Forschungsschiffe 'Aranda' (Helsinki) und 'Alkor' (Kiel) unter Einsatz von Satelliten-georteten Driftbojen; b) numerischen Modellrechnungen am Rechenzentrum Kiel sowie auf der Cray-1 in Berlin ueber die Stroemungsverhaeltnisse bei wechselnden meteorologischen Verhaeltnissen, wobei die Winddaten vom finnischen Wetterdienst bereitgestellt werden.
Das Projekt "Modellierung der Zuendung in inhomogenen Mischungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Fachbereich 4, Fakultät für Maschinenwesen, Lehrstuhl und Institut für Technische Mechanik durchgeführt. Da die in Verbrennungskraftmaschinen eingesetzten Kraftstoffe ein Gemisch aus vielen aromatischen und aliphatischen Kohlenwasserstoffen bilden, beschraenkt man sich bei der Simulation von Verbrennungsvorgaengen zunaechst nur auf den Einsatz von Modellkraftstoffen. Als Modellkraftstoffe fuer motorische Verbrennung bieten sich iso-Oktan fuer Otto- und n-Heptan fuer Dieselkraftstoffe an. Die Reaktionsmechanismen dieser Kohlenwasserstoffe sind aeusserst umfangreich (mehrere hundert Elementarreaktionen), und die Berechnung mehrdimensionaler Stroemungs- und Verbrennungsvorgaenge ist aufgrund begrenzter Rechnerkapazitaeten nahezu unmoeglich. Aus diesem Grund werden die detaillierten Reaktionsmechanismen systematisch auf eine handhabbare Zahl von Elementarreaktionen reduziert, wobei darauf geachtet wird, dass die Allgemeingueltigkeit der verbleibenden Reaktionsgleichungen weitgehendst erhalten bleibt. Die Modellierung einer nicht vorgemischten Verbrennung in einer turbulenten Stroemung erfolgt mit Hilfe des Flamelet-Modells. Grundlage dieses Modells ist die Annahme, dass die Zeitskala der chemischen Reaktionen wesentlich kleiner ist als die der charakteristischen Zeit der turbulenten Stroemung. Die Folge ist, dass die Reaktionszone als sehr duenn angenommen werden kann. Im Falle einer turbulenten Verbrennung fuehrt dies dazu, dass die turbulente Flamme als Ensemble vieler kleiner laminarer Flaemmchen, den sogenannten Flamelets, beschrieben werden kann.
Das Projekt "Sicherer Einsatz von Faserdaemmstoffen in thermischen Anlagen mit partikelbeladener Stroemung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik durchgeführt. Keramische Fasern werden wegen ihrer hervorragenden waermetechnischen Eigenschaften in starkem Masse fuer die Auskleidung von Thermoprozessanlagen eingesetzt. Durch Partikeln (Asche, Staub) kann es bei hohen Stroemungsgeschwindigkeiten zur Erosion der Fasern kommen. Durch theoretische und praktische Untersuchungen werden die Grenzen der Einsetzbarkeit der Fasermaterialien bestimmt. Fuer die Versuche wird eine vorhandene Anlage an der University of Cambridge benutzt. Es ist das Ziel des Vorhabens, das Einsatzgebiet der Fasermaterialien so auszudehnen, dass die bestehenden Energiesparmoeglichkeiten ausgeschoepft werden, ohne die Anlagensicherheit zu gefaehrden und die Umwelt mit Faseremissionen zu belasten.
Das Projekt "Regionales Grundwasserstroemungsmodell fuer die tieferen Grundwasserleiter in Hamburg" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Freie und Hansestadt Hamburg, Umweltbehörde durchgeführt. Die Grundwasservorkommen in der Hamburger Region zaehlen zu den ergiebigsten Grundwasserresourcen in ganz Europa und werden heutzutage vor allen Dingen zur Versorgung der Bevoelkerung in der Metropolregion Hamburg mit Trinkwasser genutzt. Im Hamburger Stadtgebiet werden sechs fuer die Wasserversorgung wichtige, Suesswasser fuehrende quartaere und tertiaere Grundwasserleiter unterschieden, die weitgehend durch gering durchlaessige Schichten voneinander getrennt sind und bis Tiefen von rund 500 m unter NN erprobt wurden. Von grosser Bedeutung fuer die vertikalen hydraulischen Kontakte zwischen den Schichten sind die elstereiszeitlichen Rinnensysteme, die in die tertiaeren Schichten einschneiden. Eine annaehernd quantitative Beschreibung der Grundwasserstroemung fuer das im Laufe der Eiszeiten im Hamburger Raum entstandene komplizierte hydraulische System kann nur mit Hilfe von Grundwassermodellen erfolgen. Es wurde daher ein dreidimensionales numerisches Grundwasserstroemungsmodell fuer die tiefen tertiaeren Grundwasserleiter entwickelt. Dabei wird das Programm Processing Modflow (Chiang, 1993) benutzt. Die vorhandenen Kenntnisse zur Geometrie des Hamburger Untergrundes wurden zusammen mit Daten ueber Grundwasserfoerderraten, aus Pumpversuchen ermittelten Durchlaessigkeitswerten und der Auswertung von Wasserstandbeobachtungen an den tiefen Grundwassermessstellen in dem Stroemungsmodell zusammengefasst. Auch die im Zusammenhang mit den Untersuchungen zur Salinitaet, zu Temperaturveraenderungen oder Aenderungen der Isotopenverhaeltnisse und des sonstigen Wasserchemismus gewonnenen Erkenntnisse ueber Fliesswege und Stroemungsgeschwindigkeiten der tiefen Grundwaesser finden Eingang in das Stroemungsmodell und dienen der Validierung und fortlaufenden Verfeinerung. Das Grundwasserstroemungsmodell soll allgemein fuer Fragestellungen der Wasserwirtschaft und Wasserversorgungsplanung zur Verfuegung stehen. So sollen beispielsweise Auswirkungen von regionalen Veraenderungen der Grundwasserfoerderung auf das Gesamtsystem ebenso beschrieben werden koennen wie daraus resultierende Konsequenzen fuer das nutzbare Grundwasserdargebot.
Das Projekt "Teilvorhaben 1.144: Optimierung von empirischen Modellen - Teilvorhaben 1.412: Optimierung von Deckbaendern an Turbinenschaufeln - Teilvorhaben 1.142: Untersuchung der Frontstufen eines Axialverdichter" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ALSTOM Power Systems GmbH durchgeführt. Das Ziel des Vorhabens ist die Erstellung einer Datenbasis zur Validierung und Weiterentwicklung eines 3D-Rechenverfahrens durch Vermessung des dreidimensionalen Stroemungsfeldes in den Frontstufen eines Axialverdichters. Untersuchungsgegenstand sind die Stufen 1 bis 5 des bereits in der Interimsphase in seinen Endstufen vermessenen 15-stufigen Verdichter-Rigs. Die Messungen finden auf dem Zweiwellenpruefstand der DLR in Koeln-Proz statt, wobei die Bestimmung der Geschwindigkeitsvektoren und Stroemungswinkel mit einem 3D-L2F-Verfahren erfolgt. In einem ersten Schritt muss der 15-stufige Verdichter auf die 5-stufige Version umgebaut werden. Diese Arbeiten werden im Unterauftrag bei der MTU Muenchen GmbH durchgefuehrt. In der Phase 1 erfolgt die Konstruktion der fehlenden Rigteile und der Instrumentierung. In der Phase 2 werden die Sonden und Laserfenster durch die MTU gefertigt. Es erfolgt hier die Montage und Justierung des gesamtes Rigs, die Endinstrumentierung sowie Verpackung und Transport. Waehrend der Messungen fuehrt der MTU die Lagerueberwachung durch. Die Durchfuehrung der Messungen erfolgt in dem Vorhaben der DLR in der Phase 2. Es werden die Stromauf- und Stromabwirkungen der einzelnen Stufen des Verdichters untersucht. ABB uebernimmt einen Teil der Energiekosten bei diesen Versuchen. Ein weiterer Schwerpunkt des Vorhabens wird im Unterauftrag bei der ABB Kraftwerke AG in Baden bearbeitet. Dazu gehoert die Planung der konstruktiven Arbeiten und die Betreuung der Fertigung bei der MTU in der Phase 1. In der Phase 2 erfolgt die Betreuung bei der Anpassung des Verdichters an den DLR-Pruefstand sowie die Teilnahme an den Messungen. Zur Interpretation und zur Detailauswertung der Messergebnisse zur Erzeugung einer Datenbasis wird ein 3D-Navier-Stokes-Verfahren weiterentwickelt und fuer Vergleichsrechnungen herangezogen.
Das Projekt "Technologische Grundlagen Schadstoffarmer Verbrennung - Einfluss hoher Turbulenz auf den Waermeuebergang an Hitzeschilden von Triebwerksbrennkammern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG durchgeführt. Die gefoerderte Forschungsarbeit im Vorhaben der Technologieentwicklung von schadstoffarmen Triebwerken bringt einen Beitrag fuer die treffsichere Auswahl und Auslegung von Hitzeschilden unter den komplizierten thermofluiden Bedingungen einer gestuften Brennkammer. Gegenstand der Untersuchungen waren die Waermeuebergangs- und Kuehlverhaeltnisse im Stirnwandbereich der Brenner. In Originalgroesse ausgefuehrte Stirnwandkuehlkonfigurationen wurden nach Wandtemperaturverteilungen und Hot Spot's beurteilt. An einem Heissluftmodell konnten die Auswirkungen der Reduzierung von Kuehlluft und veraenderten Rezirkulationsbedingungen in der Primaerzone auf das Wandtemperaturfeld untersucht werden. Darueber hinaus wird ein messtechnischer Beitrag zur Infrarotthermografie an Hitzeschilden und zur holografischen Interferometrie fuer die Totraumdetektion unzureichend durchstroemter Kuehlspaltbereiche erbracht.
