Betriebsübergänge von hydraulischen Strömungsmaschinen –
ein neuer Versuchsstand
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (9/2019)
Durch die Zunahme von fluktuierenden Erzeugern bei der Stromproduktion tritt die Stabilisierung des elektrischen Netzes zunehmend in das Interesse der Forschung. Die Fragestellung, inwieweit die Wasserkrafttechnologie in der Lage ist, Regelenergie in großem Maße in kürzester Zeit bereitzustellen, erfordert die Untersuchung des dynamischen Verhaltens von hydraulischen Maschinen. Für die Erforschung dieser transienten Betriebsänderungen wird ein neuer leistungsstarker und hoch flexibler Versuchsstand im Laboratorium des Institutes für Strömungsmechanik und Hydraulische Strömungsmaschinen an der Universität Stuttgart aufgebaut.
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Durch die Zunahme von fluktuierenden Erzeugern bei der Stromproduktion tritt die Stabilisierung des elektrischen Netzes zunehmend in das Interesse der Forschung. Die Fragestellung, inwieweit die Wasserkrafttechnologie in der Lage ist, Regelenergie in großem Maße in kürzester Zeit bereitzustellen, erfordert die Untersuchung des dynamischen Verhaltens von hydraulischen Maschinen. Für die Erforschung dieser transienten Betriebsänderungen wird ein neuer leistungsstarker und hoch flexibler Versuchsstand im Laboratorium des Institutes für Strömungsmechanik und Hydraulische Strömungsmaschinen an der Universität Stuttgart aufgebaut.
Analyse der Strömung in einem Wasserwirbelkraftwerk hinsichtlich
des Fischabstiegs
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Im Rahmen eines BMBF-geförderten Forschungsprojektes wurden Strömungsmessungen in einem 1:1-Labormodell eines Wasserwirbelkraftwerks (WWK) sowie dessen hydronumerische Simulation durchgeführt. Die Analyse der Ergebnisse untermauert die Beobachtungen während der in diesem Labormodell erfolgten Fischversuche: Bei der Passage des WWK sind die Fische aufgrund der verhältnismäßig geringen Strömungsgeschwindigkeiten und Drücke sowie einer geringen turbulenten kinetischen Energie nicht orientierungslos. Kollisionen mit den Turbinenschaufeln traten nicht auf und sind aufgrund der geringen Turbinendrehzahl und Strömungsgeschwindigkeiten nicht zu erwarten.
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Im Rahmen eines BMBF-geförderten Forschungsprojektes wurden Strömungsmessungen in einem 1:1-Labormodell eines Wasserwirbelkraftwerks (WWK) sowie dessen hydronumerische Simulation durchgeführt. Die Analyse der Ergebnisse untermauert die Beobachtungen während der in diesem Labormodell erfolgten Fischversuche: Bei der Passage des WWK sind die Fische aufgrund der verhältnismäßig geringen Strömungsgeschwindigkeiten und Drücke sowie einer geringen turbulenten kinetischen Energie nicht orientierungslos. Kollisionen mit den Turbinenschaufeln traten nicht auf und sind aufgrund der geringen Turbinendrehzahl und Strömungsgeschwindigkeiten nicht zu erwarten.
Experimentelle und numerische Strömungsanalyse einer Trifurkation eines 150-MW-Kraftwerkes
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (9/2019)
In einem Wasserkraftwerk mit drei Francis-Turbinen traten Leistungsschwankungen von bis zu 25 % in den beiden äußeren Maschinen auf. In diesem Beitrag wird anhand einer experimentellen und numerischen Untersuchung gezeigt, dass diese Schwankungen durch Strömungsinstabilitäten, die in der kugelförmigen Trifurkation entstehen, verursacht werden. Im Rahmen der Untersuchung wird die Geometrie der Trifurkation durch zwei Umlenkplatten so verändert, dass die Druckschwankungen reduziert werden.
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In einem Wasserkraftwerk mit drei Francis-Turbinen traten Leistungsschwankungen von bis zu 25 % in den beiden äußeren Maschinen auf. In diesem Beitrag wird anhand einer experimentellen und numerischen Untersuchung gezeigt, dass diese Schwankungen durch Strömungsinstabilitäten, die in der kugelförmigen Trifurkation entstehen, verursacht werden. Im Rahmen der Untersuchung wird die Geometrie der Trifurkation durch zwei Umlenkplatten so verändert, dass die Druckschwankungen reduziert werden.
Vorhersage von stationären Strömungsfeldern mit neuronalen Netzen
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (9/2019)
Für die Auslegung, Analyse und Optimierung von Strömungsmaschinen werden numerische Strömungsfeldsimulationen (CFD) verwendet. Diese Methoden sind oftmals rechenintensiv und zeitaufwendig. Es hat sich gezeigt, dass neuronale Netze in der Lage sind, physikalische Zusammenhänge zu erlernen. In diesem Beitrag wird ein Convolutional-Neural-Network-Modell (CNN-Modell) zur Vorhersage von stationären 2-D-Strömungsfeldern vorgestellt. Der Fokus liegt dabei auf der Verarbeitungskette und der Analyse der Testergebnisse.
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Für die Auslegung, Analyse und Optimierung von Strömungsmaschinen werden numerische Strömungsfeldsimulationen (CFD) verwendet. Diese Methoden sind oftmals rechenintensiv und zeitaufwendig. Es hat sich gezeigt, dass neuronale Netze in der Lage sind, physikalische Zusammenhänge zu erlernen. In diesem Beitrag wird ein Convolutional-Neural-Network-Modell (CNN-Modell) zur Vorhersage von stationären 2-D-Strömungsfeldern vorgestellt. Der Fokus liegt dabei auf der Verarbeitungskette und der Analyse der Testergebnisse.
Doppler-Effekt und kontinuierliche Durchflussmessung in offenen Gerinnen
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (8/2019)
Horizontale Ultraschall-Doppler-Geräte und Radargeschwindigkeitssensoren nutzen den Doppler-Effekt zur kontinuierlichen Messung der Fließgeschwindigkeit in offenen Gerinnen. Modernste Signalverarbeitungstechniken sowie die Verfügbarkeit von Metadaten sichern und überwachen die Qualität der Messwerte und ermöglichen so eine zuverlässige Durchflussbestimmung rund um die Uhr, auch in Extremsituationen.
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Horizontale Ultraschall-Doppler-Geräte und Radargeschwindigkeitssensoren nutzen den Doppler-Effekt zur kontinuierlichen Messung der Fließgeschwindigkeit in offenen Gerinnen. Modernste Signalverarbeitungstechniken sowie die Verfügbarkeit von Metadaten sichern und überwachen die Qualität der Messwerte und ermöglichen so eine zuverlässige Durchflussbestimmung rund um die Uhr, auch in Extremsituationen.
Kann die Wasserqualität in Stauseen aus Satellitendaten abgeleitet werden?
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Das Forschungsvorhaben MuDak-WRM hat zum Ziel, ein global anwendbares Vorhersagemodell für die Veränderung der Wasserqualität in Stauseen herzuleiten. Dazu sollen die Komplexität der Modelle reduziert werden und möglichst Daten aus der Fernerkundung anstelle von In-situ-Daten als Eingabeparameter für hydrologische Modelle herangezogen werden. Die Dateninfrastruktur des Projektes basiert auf offenen Geostandards wie dem Sensor Web. Dieser Beitrag beschreibt die Ansätze zur Integration von Satellitendaten in das Sensor Web.
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Das Forschungsvorhaben MuDak-WRM hat zum Ziel, ein global anwendbares Vorhersagemodell für die Veränderung der Wasserqualität in Stauseen herzuleiten. Dazu sollen die Komplexität der Modelle reduziert werden und möglichst Daten aus der Fernerkundung anstelle von In-situ-Daten als Eingabeparameter für hydrologische Modelle herangezogen werden. Die Dateninfrastruktur des Projektes basiert auf offenen Geostandards wie dem Sensor Web. Dieser Beitrag beschreibt die Ansätze zur Integration von Satellitendaten in das Sensor Web.
Unsicherheiten in der Wasserstandmessung mit Radarfüllstandsensoren
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Mit der redundanten messtechnischen Ausrüstung gewässerkundlicher Pegel an den Bundeswasserstraßen werden Unsicherheiten in der Wasserstandmessung offenbar. Aus dem Vergleich von mittels Schwimmern bzw. Radarfüllstandsensoren vorgenommenen Wasserstandmessungen an den Pegeln Mainz und Borkum-Südstrand ergibt sich über den Messzeitraum eine Standardabweichung der validen Messwerte von 1,7 cm bei viertelstündlicher Registrierung (Mainz) und 4,2 cm bei minütlicher Registrierung (Borkum-Südstrand).
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Mit der redundanten messtechnischen Ausrüstung gewässerkundlicher Pegel an den Bundeswasserstraßen werden Unsicherheiten in der Wasserstandmessung offenbar. Aus dem Vergleich von mittels Schwimmern bzw. Radarfüllstandsensoren vorgenommenen Wasserstandmessungen an den Pegeln Mainz und Borkum-Südstrand ergibt sich über den Messzeitraum eine Standardabweichung der validen Messwerte von 1,7 cm bei viertelstündlicher Registrierung (Mainz) und 4,2 cm bei minütlicher Registrierung (Borkum-Südstrand).
Langjähriges Niederschlagsverhalten
in der Emscher-Lippe-Region
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Der vorliegende Beitrag fokussiert auf die Analyse der Veränderung des langjährigen Niederschlagsverhaltens in der Emscher-Lippe-Region (ELR) und stellt in diesem Zusammenhang die Ergebnisse der bisher erfolgten Untersuchungen vor. Dabei wird ein besonderes Augenmerk auf die Auswertung von Starkregen und deren Trenduntersuchungen gelegt. Abschließend werden weiterführende Analysen zu maximalen Starkregen vorgestellt. Die Ergebnisse werden zur Diskussion gestellt.
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Der vorliegende Beitrag fokussiert auf die Analyse der Veränderung des langjährigen Niederschlagsverhaltens in der Emscher-Lippe-Region (ELR) und stellt in diesem Zusammenhang die Ergebnisse der bisher erfolgten Untersuchungen vor. Dabei wird ein besonderes Augenmerk auf die Auswertung von Starkregen und deren Trenduntersuchungen gelegt. Abschließend werden weiterführende Analysen zu maximalen Starkregen vorgestellt. Die Ergebnisse werden zur Diskussion gestellt.
Kamerabasierte Durchflussmessung in offenen Kanälen und Flüssen
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Kamerabasierte Messverfahren sind revolutionäre nicht-intrusive Verfahren mit Vorteilen gegenüber herkömmlichen Durchflussmesssystemen. Der vorliegende Beitrag stellt das kamerabasierte Messsystem namens DischargeKeeper als neuartige Methode zur kontinuierlichen Erfassung und Speicherung von Fließgeschwindigkeitsprofil, Wasserstand und Durchfluss in offenen Kanälen und Flüssen vor. Das System wurde an mehreren Standorten und unter verschiedenen Wetter- und Lichtverhältnissen erfolgreich getestet und validiert.
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Kamerabasierte Messverfahren sind revolutionäre nicht-intrusive Verfahren mit Vorteilen gegenüber herkömmlichen Durchflussmesssystemen. Der vorliegende Beitrag stellt das kamerabasierte Messsystem namens DischargeKeeper als neuartige Methode zur kontinuierlichen Erfassung und Speicherung von Fließgeschwindigkeitsprofil, Wasserstand und Durchfluss in offenen Kanälen und Flüssen vor. Das System wurde an mehreren Standorten und unter verschiedenen Wetter- und Lichtverhältnissen erfolgreich getestet und validiert.
Neue Entwicklungen der akustischen Konzentrationsmessung mit ADV-Sonden – Methoden, Grenzen und praktische Anwendungen
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An Binnen- und an Küstengewässern werden zur Überwachung der Morphologie besondere Anforderungen an die Messtechnik gestellt. Besonders in Schwebstoff geprägten Gewässern beeinflusst die Schwebstoffkonzentration das Fließverhalten. In der Praxis sind Messgeräte gefordert, die die Schwebstoffkonzentration sowie die Fließgeschwindigkeit und die Turbulenz simultan messen können. In diesem Beitrag wird eine akustische Geschwindigkeitssonde zur Konzentrationsmessung verschiedener Sedimente vorgestellt und deren praktische Anwendbarkeit diskutiert.
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An Binnen- und an Küstengewässern werden zur Überwachung der Morphologie besondere Anforderungen an die Messtechnik gestellt. Besonders in Schwebstoff geprägten Gewässern beeinflusst die Schwebstoffkonzentration das Fließverhalten. In der Praxis sind Messgeräte gefordert, die die Schwebstoffkonzentration sowie die Fließgeschwindigkeit und die Turbulenz simultan messen können. In diesem Beitrag wird eine akustische Geschwindigkeitssonde zur Konzentrationsmessung verschiedener Sedimente vorgestellt und deren praktische Anwendbarkeit diskutiert.
