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Institut für Wasserbau - IWS

Selected Topics and International Network Lectures (SS 2005)

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Donnerstag
21.04.2005
16:00 Uhr
Dr. Volker Schulz, Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik, Kaiserslautern

Strömung, Wärmeleitung und Gasdiffusion in teilgesättigten Mikrostrukturen - Anwendungsbeispiel: Brennstoffzelle

In den letzten Jahren hat sich die Berechnung von effektiven Materialeigenschaften, ausgehend von einem repräsentativen mikroskopischen Volumenelement ,etabliert'. Dabei wird eine für/ das Material repräsentative Mikrostruktur entweder durch 3D-bildgebende Verfahren erfasst oder virtuell im Rechner erzeugt. Die effektiven Materialeigenschaften ergeben sich dann durch die numerische Lösung einer entsprechenden Differentialgleichung. Beispielsweise erhält man die effektive Permeabilität aus der Lösung der Stokes-Gleichung. Bei vielen industriellen Anwendungen, wie z.B. der Gasdiffusionsschicht einer Brennstoffzelle, liegt eine teilweise Sättigung des Materials vor. Dies bedeutet, dass ein benetzendes und ein nicht-benetzendes Fluid im Porenraum verteilt sind, wobei die Verteilung von Fluideigenschaften und Kapillardruck abhängt. Als Konsequenz werden die Materialeigenschaften zu relativen Größen, also Funktionen der Sättigung. Die numerische Bestimmung dieser relativen Größen (z.B. der Gasdiffussion) führt zu gekoppelten Differentialgleichungen (z.B. Zweiphasenströmung und Diffusionsgleichung), die numerisch äußerst aufwändig sind und für praktische Anwendungen wegen der langen Rechenzeiten kaum einsetzbar sind. Im Rahmen des Vortrags wird eine neue Methode vorgestellt, bei der Phasenverteilung und Parameter sukzessive bestimmt werden. In dem Ansatz wird zunächst mit Hilfe eines porenmorphologischen Modells ein Dränageprozess simuliert, bei dem sich Phasenverteilung in Abhängigkeit des Kapillardrucks ergibt. Diese Verteilung bildet dann die Grundlage für weitere numerische Simulationen zur Lösung von Strömungs-, Wärmeleitungs- und Diffusionsgleichung. Die Ergebnisse zeigen, dass diese Methode für verschiedene Materialien (Vliese, Sintermaterialien, etc.) geeignet ist. Sie lässt sich - insbesondere wegen der vergleichsweise kurzen Rechenzeiten - hervorragend im Rahmen eines virtuellen Materialdesigns einsetzen.

Donnerstag
28.04.2005
16:00 Uhr
Rudolf Hilfer, Institut für Computerphysik, Universität Stuttgart

Zur makroskopischen Physik der Kapillarität in porösen Medien

Donnerstag
12.05.2005
16:00 Uhr
Dr. Jan Nordbotten, University of Bergen, Norwegen

Monotonicity of control volume methods

Donnerstag
19.05.2005
16:00 Uhr
Anozie Ebigbo, Lehrstuhl für Hydromechanik und Hydrosystemmodellierung, Institut für Wasserbau, Universität Stuttgart

Ein neuer Stern am CO2-Himmel - Anozie stellt sich, seine Diplomarbeit und sein Projekt vor

Donnerstag
02.06.2005
16:00 Uhr
Prof. Bogardi, Institute for Environment and Human Security, UN University Bonn

Environment and Human Security: a Paradigm Shift for Policy, Science and Engineering

Two tendencies seem to redefine our approaches towards risk management and disaster preparedness. One recent trend is quite subtle. The gradual shift of international attention and concern from a purely national approach towards human security characterizes the last 15-20 years. Along with this development the so called ‘soft security’ concerns like disaster hazards, land degradation, but also migration and uncontrolled urban growth have been attracting more and more interest. These tendencies have a longer time base; however, the last three decades have witnessed an unparalleled growth of disaster losses and increase of the frequency and magnitude of extreme events. Environmental threats to human security may necessitate a paradigm shift in scientific concepts and subsequent engineering measures. Irrespective of spectacular infrastructural interventions and (at least temporary) improvements against natural hazards like floods, the failure of concepts controlling or mitigating the hazards can be observed on a global scale. There is a need to learn again to live with risks, rather than simply pursuing hazard elimination concepts followed by disastrous consequences if the hazard surpasses the design value of engineering measures.
Shifting the focus from the hazard to the impacted communities implies that their vulnerabilities should be assessed to serve as a starting point to conceive remedial and preparedness measures. Social vulnerability concepts and ideas how to quantify these features in interdisciplinary context will be presented. Ultimately, the introduction of the recently established United Nations University Institute for Environment and Human Security (UNU-EHS) its mandate, scope and future plans will provide the institutional platform to implement these goals.
UNU-EHS has been conceived and established in 2003 to address the environmental dimension of human security.

Donnerstag
09.06.2005
16:00 Uhr
Dr. Peter Martus, URS Deutschland

The application of MNA in Europe

Monitored Natural Attenuation (MNA) is becoming more and more accepted in a growing number of European countries. So far, there is no common approach for the use of MNA in Europe. Some countries already have national guidelines/regulations in place accounting for country-specific environmental requirements. The fundamental processes behind NA are summarized and the common methodology for the application of MNA in the field is presented. Examples of URS-related experience with MNA in a variety of European countries are given.

Donnerstag
16.06.2005
16:00 Uhr
Dr. Jean Croise, Colenco Power Engineering AG, Schweiz

Zweiphasenmodellierungen des Transports von Wasserstoff in Geomaterialien und Wirtsgesteinen

Konzepte für die Endlagerung von radioaktiven Abfällen im ausgewählten Wirtsgestein (z.B. Ton) beruhen auf dem Einsatz unterschiedlicher Baumaterialien (Beton, Bentonit, Kies-Sand-Gemische). Für die Beurteilung des Transports von durch Korrosion der Abfallbehälter entstandenem Wasserstoff sind Ansätze zur Beschreibung des Zweiphasenflusses sowie Szenarienrechnungen erforderlich. Es werden Beispiele von Modellierungen zur Nachbildung von In-Situ Experimenten in Bohrungen und zur Simulation der Gasausbreitung aus Endlagerkonfigurationen präsentiert.

Donnerstag
23.06.2005
16:00 Uhr
Dr. Roland Barthel, Jungwissenschaftlergruppe - Grundwasserhydraulik und Grundwasserwirtschaft, Institut für Wasserbau, Universität Stuttgart

Konsequenzen globaler Klimaänderungen für Zustand und Nutzung von Grundwasserressourcen in Süddeutschland - Integrative Modellkonzepte, und ihre diagnostischen und prognostischen Fähigkeiten

Im Wesentlichen auf der Basis von CO2-Emissionsszenarien sagen globale Klimamodelle derzeit weitgehend übereinstimmend eine deutliche globale Klimaerwärmung für die nächsten 100 Jahre voraus. Über Downscaling-Verfahren lassen sich die Konsequenzen solcher globalen Veränderungen für die zeitliche und räumliche Verteilung von Temperatur und Niederschlag auf kleinere Regionen abschätzen. Unabhängig davon, wie verlässlich entsprechende Aussagen letztlich sein mögen, scheint es sinnvoll, sich innerhalb der Bandbreite der resultierenden Szenarien mit den möglichen Folgen für den regionalen Wasserhaushalt zu befassen. In Süddeutschland, wo vorrangig Grundwasser für die Trink- und Brauchwasservorsorgung genutzt wird, stellt sich die Frage, inwieweit die derzeit genutzten Aquifere auch in Zukunft nachhaltig unter Einhaltung ökonomischer und ökologischer Kriterien bewirtschaftet werden können.

In diesem Vortrag werden zunächst die aktuelle Grundwasser- und die Wasserversorgungssituation in Süddeutschland charakterisiert und die möglichen Effekte klimatischer Änderungen auf den Grundwasserhaushalt dargestellt. Den Schwerpunkt stellt die Frage dar, wie der„quantitative Zustand“ (WRRL) einer Grundwasserressource räumlich und zeitlich differenziert diagnostiziert und prognostiziert werden kann und wie entsprechende Zustandsänderungen interpretiert und zur Entscheidungsunterstützung herangezogen werden können. Hierzu wird ein aktuell im Rahmen des Projektes GLOWA-Danube entwickeltes Verfahren vor- und zur Diskussion gestellt.

Donnerstag
30.06.2005
16:00 Uhr
Andreas Kopp, Institut für Wasserbau, Lehrstuhl für Hydromechanik und Hydrosystemmodellierung, Universität Stuttgart

Neue Möglichkeiten der Netzgenerierung für MUFTE_UG

Montag
25.07.2005
16:00 Uhr
Dr. Iuliu Sorin Pop, Dept. of Mathematics and Computer Science, TU Eindhoven, Niederlande

Numerical Approaches for Porous Media Flows

In this talk we discuss some numerical methods that are appropriate for models describing porous media flows. Such problems are typically parabolic nonlinear, but - depending on the values of the unknown - may degenerate into elliptic or hyperbolic ones. As a consequence, the solution may lack regularity and develop singularities.

Appropriate numerical algorithms are requested for dealing with such kind of problems. We focus here on the particular case of a scalar model that can be formulated in a fixed domain. To overcome the difficulties that are due to the degeneracy, we first perturb the original model and end up with a regular parabolic one. For the resulting we employ standard discretization methods (implicit in time and an upwinded box scheme in space) and show that these lead to stable and convergent algorithms. A few words will be said on how to solve the time discrete nonlinear problems.