Seitenelement: Abschlussarbeiten aus C@mpus

Siehe englische Beschreibung.

Siehe Englisch.

Die fluviale Geomorphologie befasst sich mit der Frage, wie Flusssysteme ihre umgebende Landschaft formen und im Laufe der Zeit mit Sediment und Wasser interagieren. Sie untersucht spezifische Muster von Flüssen und Auen, um Prozesse wie Erosion, Sedimenttransport und Ablagerung zu analysieren. Diese Prozesse stehen in Wechselwirkung zueinander und beinhalten komplex verwandte Parameter, was die Erstellung deterministischer Modelle erschwert. Aufgrund dieser Komplexität wurden morphologische Landformen lange Zeit von Experten lediglich konzeptuell betrachtet. In den letzten Jahrzehnten wurden morphologische Beschreibungen mit Daten über typische Fließeigenschaften (z.B. Wassertiefe und Fließgeschwindigkeit), Geländeeigenschaften (z. B. Gefälle) und andere Umweltbedingungen (z. B. feuchtes oder arides Klima) untermauert. Die meisten dieser Beschreibungen involvieren jedoch dimensionsbehaftete Parameter, wie die Fließgeschwindigkeit und nicht auf dimensionslose Parameter, wie z.B. die Froude-Zahl sowie zeitliche Variabilität. Ziel dieser Arbeit ist es, morphologische Muster anhand von dimensionslosen Parametern und zeitlich variabler Dynamik während morphologisch relevanter Hochwasser zu klassifizieren. Ausgehend von einer Dimensionsanalyse, einem gängigen Werkzeug der Strömungsmechanik, soll eine bestehende Datenbank angereichert und eine systematische Datenanalyse durchgeführt werden. Schließlich sollen gängige Data-Science-Tools angewendet werden, um neue Erkenntnisse zu gewinnen, die auch für Anwendungen im Hochwasserschutz und in der Flussrenaturierung von großer Bedeutung sind.

Der hyporheische Austausch beschreibt die Durchmischung von Oberflächenwasser und Grundwasser entlang eines Flussbetts. Dies ist ein entscheidender Prozess für aquatische Ökosysteme, der den Nährstoffkreislauf, Wasserqualität und Lebensraumbedingungen beeinflusst. Derzeit verfügbare numerische Modelle simulieren jedoch meist Oberflächen- und Grundwasserströme getrennt, was Möglichkeiten zur Simulation dieser lebenswichtigen Wechselwirkungen einschränkt.
DuMux – DUNE for Multi-{Phase, Component, Scale, Physics, …} flow and transport in porous media – ist ein leistungsfähiges Open-Source-C++-Framework zur Simulation von Strömung und Transport in porösen Medien, mit Modulen für Mehrphasenströmung, reaktiven Transport und seit Kurzem auch für Flachwasserströmung. Dennoch bleibt die Kopplung der Hydrodynamik an der freien Oberfläche (z.B. Flussströmungen) mit Strömungen durch poröse Untergründe wie dem hypohreischen Interstitial eine offene Herausforderung. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Validierung eines gekoppelten Solvers für Strömungen an der freien Oberfläche und durch poröse Medien, um hyporheische Austauschprozesse zu simulieren.

Erdbecken-Wärmespeicher (PTES) sind eine Schlüsseltechnologie der Langzeit-Wärmespeicherung für eine zukunftsfähige Transformation von Wärmenetzen. Bei PTES handelt es sich um großvolumige Speicherbecken mit bis zu 200.000 m³, die mit Heißwasser bei einer Temperatur von bis zu 95 °C beladen werden. Zur Reduktion der Wärmeverluste wird der Speicher an der Wasseroberfläche wärmegedämmt. Dafür wird auf einer aufschwimmenden Kunststoffdichtungsbahn (KDB) eine Dämmung aufgebracht, welche an der Umgebungsseite mit einer weiteren KDB gegen Umgebungseinflüsse abgedichtet wird.
Bei bereits realisierten PTES kam es immer wieder zu Feuchteakkumulationen in der Wärmedämmung und damit steigenden Wärmeverlusten, sodass ein wirtschaftlicher Betrieb nicht mehr gegeben war. Um potenzielle Feuchteakkumulationen und die damit einhergehenden Wärmeverluste frühzeitig zu erkennen, soll basierend auf einem bestehenden DuMux Modell der wärmegekoppelte Stofftransport durch ein poröses Medium (hier: Wärmedämmung) anhand von realen Messdaten nachmodelliert werden.
Ziel der Arbeit ist es, ein bestehendes Modell auf die Feuchte-, - Temperatur und Wärmemessdaten der vorhandenen Messtechnik anzupassen, sowie spezifische Randbedingungen und stoffabhängige Konstitutivbeziehungen zu implementieren.
Die Entwicklung des Modells ist Teil des BMWK-geförderten Forschungsvorhabens Efficient Pit FKZ 03EN6007B.

Erdbecken-Wärmespeicher (PTES) sind eine Schlüsseltechnologie der Langzeit-Wärmespeicherung für eine zukunftsfähige Transformation von Wärmenetzen. Bei PTES handelt es sich um großvolumige Speicherbecken mit bis zu 200.000 m³, die mit Heißwasser bei einer Temperatur von bis zu 95 °C beladen werden. Zur Reduktion der Wärmeverluste wird der Speicher an der Wasseroberfläche wärmegedämmt. Dafür wird auf einer aufschwimmenden Kunststoffdichtungsbahn (KDB) eine Dämmung aufgebracht, welche an der Umgebungsseite mit einer weiteren KDB gegen Umgebungseinflüsse abgedichtet wird.
Bei bereits realisierten PTES kam es immer wieder zu Feuchteakkumulationen in der Wärmedämmung und damit steigenden Wärmeverlusten, sodass ein wirtschaftlicher Betrieb nicht mehr gegeben war. Um potenzielle Feuchteakkumulationen und die damit einhergehenden Wärmeverluste frühzeitig zu erkennen, soll basierend auf einem bestehenden DuMux Modell der wärmegekoppelte Stofftransport durch ein poröses Medium (hier: Wärmedämmung) anhand von realen Messdaten nachmodelliert werden.
Ziel der Arbeit ist es, ein bestehendes Modell auf die Feuchte-, - Temperatur und Wärmemessdaten der vorhandenen Messtechnik anzupassen, sowie spezifische Randbedingungen und stoffabhängige Konstitutivbeziehungen zu implementieren.
Die Entwicklung des Modells ist Teil des BMWK-geförderten Forschungsvorhabens Efficient Pit FKZ 03EN6007B.