OPuS

Optimierung von Pumpwerken durch die Simulation von Sedimentierungsprozessen

Ziel des Forschungsprojekts „OPuS“ ist die Verbesserung und Beschleunigung der Entwicklung von Abwassersystemen. Dies soll dadurch erreicht werden, dass mehrphasige Strömung mit freien Oberflächen in Anlagen simuliert wird, um frühzeitig konstruktiv und verfahrenstechnisch in den Betrieb der Anlage einzugreifen.

Abbildung: Validierter Testfall einer KARMANschen Wirbelstraße

Mittelgeber

Senatsverwaltung für Bildung, Jugend und Wissenschaft

Förderprogramme

EFRE - Aktion 1.9 - Infrastruktur für Wissenschaft und Forschung

Projektlaufzeit

01.07.2016 bis 30.06.2019

Projektleitung

Prof. Dr. Joachim Villwock

Beteiligte Professoren/-innen

Prof. Dr. Peter Bartsch
Prof. Dr. Michael Schmidt-Kretschmer

Projektmitarbeiter/-innen

M. Eng. Sabine Przybilla
M. Sc. Pierre Sabrowski
M. Eng. Andreas Swienty

Projektbeschreibung

Durch Niederschläge und Abwässer aus privaten Haushalten, öffentlichen Einrichtungen, Industrie und Gewerbe fallen in Berlin große Mengen Regen- und Abwasser an, die abgeleitet und gereinigt werden müssen.

Die Kanalisation muss in der Lage sein, mit dem Transport sehr großer Regenmengen zurechtzukommen und gleichzeitig muss sichergestellt sein, dass die Feststoffe in den Leitungen in Trockenperioden nicht zu stark sedimentieren. Hierzu müssen entsprechend dimensionierte Saugräume, in denen sich das Wasser sammelt und aus denen es in die Klärwerke gepumpt wird sowie intelligente Verfahren zum Betrieb der Anlagen vorhanden sein. Erschwerend ist in diesem Zusammenhang, dass die Anzahl von Starkregenvorfällen in den vergangenen Jahren aufgrund des Klimawandels stetig angewachsen ist. Diese führen zu einer steigenden Zahl von Pumpenausfällen, da Feststoffe schwallartig in die Abwasserpumpen transportiert werden und sie dadurch verstopfen.

Übergeordnetes Ziel des Vorhabens ist folglich die Verbesserung und Beschleunigung der Entwicklung von Abwassersystemen. Dies soll dadurch erreicht werden, dass die mehrphasige Strömung mit freien Oberflächen in den Anlagen simuliert wird, um frühzeitig konstruktiv und verfahrenstechnisch in den Betrieb der Anlage einzugreifen.

Hierbei sollen neuartige, netzfreie Simulationsmethoden (Smoothed Particle Hydrodynamics - SPH) in Verbindung mit Open-Source-Software zum Einsatz kommen, die auch den Einsatz in der Entwicklung für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) und Industrie möglich machen.

Darüber hinaus werden durch die Verwendung eines virtuellen Raumes (cave automatic virtual environment, CAVE) in der Hochschule die Auswirkungen von Veränderungen unmittelbar sicht- und erfahrbar gemacht und ein interaktiver Prozess ermöglicht.

Abbildung: Strömungsimulation in der Beuth_CAVE
Abbildung: Prüfstand mit variabler Störung

Der Einsatz des virtuellen Raumes (CAVE) ermöglicht es, den Entwicklern der Anlage schon in der Entwurfsphase mit dem Kunden auf einer gemeinsamen Ebene auf physikalischer prozesstechnischer Grundlage zu kommunizieren. Methoden innovativer Entwicklungskonzepte sollen hier auf verfahrenstechnische Aufgaben angewendet werden. Im Sinne einer Industrie 4.0 werden Entwickler sowie Betreiber von Abwasseranlagen und ihren Komponenten in die Lage versetzt, aufgrund der nun vorhandenen, visualisierten Daten, korrigierend in den Entwurf der Anlagen einzugreifen. Dieses ist insbesondere vor dem Hintergrund, dass die Besichtigung von realen Bewässerungsanlagen aufwendig und oft gesundheitlich bedenklich ist, ein weiterer Vorteil für den Betrieb und die Entwicklung der Anlagen. Des Weiteren wird die Zusammenarbeit mit Hochschulen und KMU intensiviert und gestärkt.

Schlagwort(e):           

  • Abwasserströmung
  • Sedimentierung
  • Mehrphasenströmung
  • Smoothed Particle Hydrodynamics
  • Virtuelle Realität (CAVE)

EFRE-Projekt-Nr.:

2016011235