Model tests on the control behaviour of a test air supply system in open or closed-loop operation

The Leibniz Universität Hannover is currently establishing a new mechanical engineering campus which includes a new research building "Dynamics of Energy Conversion" (DEW). This building provides a large compressor station for either steady or dynamic (transient) operation of turbomachinery and power plant test rigs (e.g. air turbine, axial compressor, combustion chamber, planar cascade, acoustic wind tunnel). The test air supply system is designed to enable investigations under high load gradients over wide operating ranges with Reynolds and Mach numbers controlled independently in order to fulfil aerodynamic similarity conditions between reality and model experiments. This is achieved by closed loop operation of the test air supply system which allows independent adjustment of pressure, temperature and volume flow rate as well as independence from environmental influences such as temperature or humidity. The compressor station utilizes as first stage two parallel Roots-type PD compressors and as second stage two parallel screw compressors. The test rigs operate at expansion ratios between 1 and 6. Test rig inlet pressures range from 1 bar(abs) to 8 bar(abs) with a maximum mass flow rate of 25 kg/s. At all conditions temperatures can be regulated between 60°C and 200°C. The test air supply system has a maximum electric power input of approximately 6 MW. As stringent demands on stability and reproducibility have to be met and automatic operation was requested, a scaled and simplified but fully functional model of the test air supply system was built, mainly to enable testing of control methods and devices prior to their final implementation on site. The functional model uses DN150 piping and consists of one Roots-type PD compressor as first stage and one screw compressors as second stage. Both compressors are driven by electric motors regulated by frequency converters. A turbine test rig is represented in the model by an adjustable throttle valve. Precise control of the mass flow rate is provided by a cascaded adjustable bypass around the test rig. The paper describes the test air supply system and the scaled model and presents experimental results on the achievable stability of pressure, temperature and mass flow rate at the test rig inlet in steady operation at several operating conditions of the model

Yield effects of soil compaction after different wheeling intensities on a silt soil in Norway

Climate change with a higher amount of rain during harvesting increases the need for efficient harvesting and transport which leads to use of more effective and heavier machinery with an enhanced risk for compaction. Soil compaction is known to reduce the production capacity of a soil and can have severe negative ecological consequences and may reduce the production capacity of soils. Heavy loads can enhance subsoil compaction which is considered to be irreversible. The effect of contrasting wheeling frequency (1x; 10x) and different wheel loads on the bearing capacity of a silt soil was studied in cooperation project between NIBIO (Norway), Christian- Albrecht- Universität Kiel (Germany) and Norwegian University of Life Sciences (Norway). Furthermore it is examining the influence of the use of typical (Norwegian) transport equipment (cereals, potatoes) with differing loads (12Mg; 16Mg total weight) and inflation pressure on soil physical parameters and yields under the climatic conditions of SE Norway. Field measurements and sampling took place at Kongsvinger (60.25° N and 11.08° E) in SE Norway in June 2015. The soil is characterized as silt soil with 82% silt in the topsoil, overlying silt (84%). Unloaded reference plots and loaded wheel tracks were sampled by taking undisturbed and disturbed soil samples (20, 40, 60 cm depth) to determine soil physical parameters. Soil bearing capacity was measured by determining precompression (PC). Stress propagation during wheeling was measured with a Stress-state and displacement stress transducer systems (SST, DTS). Yields of barley yields were monitored on unwheeled and wheeled plots two years after compaction. We will present both the results from the soil physical analyses and use of the compaction verification tool (CVT) in addition to the results from the SST/ DTS measurements. The yield effect of compaction will be illustrated by showing the yield data (barley) for wheeled and unwheeled plots for the 2 years after the compaction. First results show that the compaction had significant effects on the yields, but may have a positive yield effect under certain condition

Auswirkungen dynamischer Lasteinträge landwirtschaftlicher Radfahrzeuge auf die physikalischen Eigenschaften von Lößböden

Im Rahmen eines vom Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) geförderten Verbundprojektes wurde in Zusammenarbeit des Institutes für Pflanzenernährung und Bodenkunde der CAU zu Kiel und der landtechnischen Abteilung der Fachhochschule Südwestfalen auf zwei Versuchsflächen in Nordrheinwestfalen Spannungsausbreitung und Deformation unterschiedlich bearbeiteter Ackerböden unter definierten Belastungssituationen (Radlasten 3,3, 6,3 und 7,5Mg) untersucht. Ziel der gemeinsamen Experimente war die flächenhafte Bestimmung der Bodenstabilität und der Bodenfunktionen, sowie deren Beeinflussung durch technogene Belastung landwirtschaftlicher Radfahrzeuge. In Kombination von Beprobungen, bodenphysikalischen Laboruntersuchungen und dynamischen Belastungsversuchen im Freiland, war es möglich für die unterschiedlichen Bodenbearbeitungssysteme (konventionell wendend zu Mulch- bzw. Frässohlensaat) definierte Basisstabilitäten zu ermitteln und diese den gemessenen Spannungseinträgen bewertend gegenüber zu stellen. Anhand auflastabhängiger Vergleiche ausgewählter Bodenfunktionskennwerte (kf, Pv, LK) konnte eine Einordnung des Gefährdungspotentials definierter Lastsituationen für das Bodenausgangssubstrat Lösslehm erfolgen. Die Ergebnisse der Überfahrungsexperimente zeigen hinsichtlich der gemessenen Spannungseinträge eine auflastabhängige bodenschonende Wirkungen der konservierenden Bodenbearbeitung. Für Radlasten über 3,3Mg wurde in der horizontspezifischen Gegenüberstellung der Bodenstabilität und des Spannungseintrages, trotz bodenschonender Maßnahmen, eine Verdichtungsgefährdung für den Unterboden ermittelt. Die Untersuchungen der Bodenfunktionskennwerte weisen unter mechanischer Belastung einen signifikanten Anstieg der Vorbelastung sowie Abnahmen der Luftkapazität und eine Beeinträchtigung der hydraulischen Leitfähigkeit auf. Mehrfach wiederholte Lasteinträge bzw. zunehmende Überfahrungshäufigkeit zeigten eine weitaus deutlichere negative Beeinflussung der Bodenfunktion als einmalige Überfahrten

Wasserhaushalt und Schrumpfungsverhalten von organischen Böden im Grundwasserabsenkbereich eines Wasserwerkes in Norddeutschland

Auenüberflutungsmoore sind geprägt durch eine heterogene Substratverteilung. Kleinräumig wechselnd finden sich in Stillwasserbereichen der ehemals mäandrierenden Vorfluter gebildete Mudden sowie Auensande und sukzessiv aufgewachsene Niedermoortorfe. Künstliche Entwässerung mittels Drainagen, verstärkt durch die Grundwasserförderung eines Wasserwerkes, hat aufgrund unterschiedlicher Empfindlichkeiten der Substrate im Hinblick auf austrocknungsabhängige Volumenveränderungen zur Ausbildung einer die landwirtschaftliche Grünlandnutzung erschwerenden Sackungsmorphologie ("Buckelwiese") im untersuchten Niedermoor geführt. Vor diesem Hintergrund wurden an zwei Standorten Wasserhaushaltsuntersuchungen durchgeführt und zwei organische (Niedermoortorf, organo-mineralische Mudde) und ein anorganisches Substrat (Auensand) im Hinblick auf ihr Schrumpfungsverhalten untersucht. Der Einfluss von Unterschieden im Wasserhaushalt auf die oberflächennahe Bodenfeuchteverteilung und damit einhergehende Schrumpfungsintensitäten der verschiedenen Substrate wurde erfasst

Einfluss der Probenvorbehandlung auf die Korngrößenverteilung in Bodenhorizonten unterschiedlicher Genese

Die herkömmliche Bestimmung der Korngrößenverteilung von Bodenproben beinhaltet eine vollständige Dispergierung der Primärpartikel (nach DIN 18123). In der Vorbehandlung der Proben werden verkittende Bestandteile wie organische Substanz, Carbonate und Eisen-/Manganoxide entfernt und anschließen ein Peptisator (z. B. Natriummetaphosphat) hinzugegeben. Diese Vorbehandlung der Bodenproben ermöglicht zwar eine genaue Detektion der Primärpartikel, suggeriert jedoch eine Korngrößenverteilung, die nicht mit der ökologisch wirksamen Korngrößenverteilung im Feld übereinstimmt. Vor allem der ökologisch wirksame Anteil der Tonfraktion (Partikel ø < 2 μm) wird durch die Vorbehandlung der Proben deutlich überschätzt. An 40 Proben von Böden mit unterschiedlicher Geologie und Genese wurde die Korngrößenverteilung nach vollständiger Dispergierung der Partikel (nach DIN 18123) und nach alleinigem Schütteln in Wasser mittels Sieb- (Sandfraktionen) und Sedimentationsanalyse (Schlufffraktionen und Tonanteil) ermittelt Erste Ergebnisse zeigen eine unterschiedlich stark ausgeprägte Verschiebung der Korngrößenverteilung von Ton zu Schluff, sowie von Schluff zu Sand. Das Ausmaß der Verschiebung wird vor allem durch den Gehalt an organischer Substanz, die Genese des beprobten Bodenhorizontes und den pH-Wert beeinflusst. Auf der Ebene der Bodenarten konnten Bodenartenwechsel von Lehmsanden und Sandlehmen zu Schluffsanden festgestellt werden

Land use and soil development in Southern chile: Effects on physical properties

Different physical properties of volcanic ash soils were investigated along a transect of 120 km from the western slope of the Central Cordilleras (40°20’S, 72°06’W) to the eastern slope of the Costal Cordillera (39°39’S, 73°11’W) in southern Chile with respect to the degree of soil development (Arenosol versus Andosol stage; Arenosol: young volcanic ash soil, free of clay, tephric properties, Andosol: older volcanic soil, clayey). The Andosols show a higher total pore volume and a higher field capacity, especially due to an increase in fine pores, than the Arenosols. Furthermore, the precompression stress (Pc) as a parameter for the mechanical soil strength is higher for Andosols despite of a lower bulk density. A land use (cropland, meadow, forest) dependent variation of the investigated parameters was less distinct for Andosols. A reduction of macropores and saturated hydraulic conductivity (ks) due to agriculture could be determined in the field, but in general the values are still on a high level with ks-values >100 cm d-1. However, at higher stresses using an oedometer test the ks-values of the Andosols are highly negatively affected with values <10 cm d-1. Aggregation is of major importance for soil stability of Andosols, whereas a homogenization of soil structure will lead to a distinct decrease of Pc of approx. 50%.DFG/HO 911/45-1DFG/BA 1359/12-

A functional model, eigenvalues, and finite singular critical points for indefinite Sturm-Liouville operators

Eigenvalues in the essential spectrum of a weighted Sturm-Liouville operator are studied under the assumption that the weight function has one turning point. An abstract approach to the problem is given via a functional model for indefinite Sturm-Liouville operators. Algebraic multiplicities of eigenvalues are obtained. Also, operators with finite singular critical points are considered.Comment: 38 pages, Proposition 2.2 and its proof corrected, Remarks 2.5, 3.4, and 3.12 extended, details added in subsections 2.3 and 4.2, section 6 rearranged, typos corrected, references adde

Regenerationswirkung im Unterboden eines Ackerstandortes in Südnorwegen fünf Jahre nach der Belastung

Im Jahr 2011 wurden Befahrungsversuche mit zwei unterschiedlich schweren Gespannen, bestehend aus Ackerschlepper und Güllefass, in Südnorwegen nahe der Stadt Sarpsborg durchgeführt. Neben unterschiedlichen Gewichten wurden zwei Befahrungshäufigkeiten (einfach und zehnfach Befahrung) und zwei Bodenbearbeitungsverfahren (konventionelle und konservierende Bodenbearbeitung) untersucht. Mit dem Compaction Verification Tool (CVT) wurde außerdem eine potenziell schadhafte Unterbodenverdichtung bewertet. An den in drei Tiefen (20 cm, 40 cm und 60 cm) entnommenen Zylinderproben wurden folgende Parameter analysiert: Luftkapazität, Gesamtporenvolumen, Trockenrohdichte, Vorbelastung, gesättigte Wasserleitfähigkeit und Luftleitfähigkeit. Die Ergebnisse zeigen, dass durch die Befahrung eine Zunahme der schadhaften CVT-Klasse IV bei beiden Varianten unabhängig von der Bodenbearbeitung beobachtet werde konnte. Nach einer fünf jährigen Regenerationsphase wurden für ausgewählten Varianten erneut Proben auf einer bereits in 2011 zusätzlich angelegten Fläche genommen. Die erhobenen Daten wurden mit den Ergebnissen aus 2011 verglichen und lassen auf einen Regenerationseffekt schließen. Die Ergebnisse verdeutlichen aber auch, dass viele Parameter ihren unbelasteten Ursprungszustand nicht wieder erreichen

Abstract kinetic equations with positive collision operators

We consider "forward-backward" parabolic equations in the abstract form $Jd \psi / d x + L \psi = 0$, $0< x < \tau \leq \infty$, where $J$ and $L$ are operators in a Hilbert space $H$ such that $J=J^*=J^{-1}$, $L=L^* \geq 0$, and $\ker L = 0$. The following theorem is proved: if the operator $B=JL$ is similar to a self-adjoint operator, then associated half-range boundary problems have unique solutions. We apply this theorem to corresponding nonhomogeneous equations, to the time-independent Fokker-Plank equation $\mu \frac {\partial \psi}{\partial x} (x,\mu) = b(\mu) \frac {\partial^2 \psi}{\partial \mu^2} (x, \mu)$, $0<x<\tau$, $\mu \in \R$, as well as to other parabolic equations of the "forward-backward" type. The abstract kinetic equation $T d \psi/dx = - A \psi (x) + f(x)$, where $T=T^*$ is injective and $A$ satisfies a certain positivity assumption, is considered also.Comment: 20 pages, LaTeX2e, version 2, references have been added, changes in the introductio

Eignung von Erlen als wurzelaktive Baumart zur Regeneration von Bodenverdichtung sowie als aktive Armierung des Bodens gegenüber Schadverdichtung (Projekt BoReAl)

Aktuelle Konzepte zum Einsatz von Forstmaschinen sind darauf ausgerichtet, die hierbei entstehenden Bodenschäden auf Feinerschließungslinien zu konzentrieren. Um deren technische Befahrbarkeit sicherzustellen, konzentriert man sich bisher auf die Weiterentwicklung der Maschinentechnik. Im Verbundvorhaben BoReAl (Strategie zur aktiven Regeneration von Bodenverdichtung durch Forstmaschinen und zum vorsorgenden Bodenschutz: Bodenschutz – Regeneration – Alnus) sollen nun die biologische Armierung von Rückegassen und die aktive Regeneration von Verdichtungsfolgen durch wurzelaktive Baumarten (Alnus glutinosa und Alnus incana) untersucht werden. Gesamtziel ist die Ableitung von Empfehlungen zur Einbindung von aktiven Regenerationsmaßnahmen in bestehende Konzepte zum Maschineneinsatz auf Feinerschließungslinien. Folgenden Fragestellungen wird dabei nachgegangen: Wie groß ist das Potential der Baumarten Alnus glutinosa und Alnus incana im Hinblick auf die Unterstützung der natürlichen Regenerationsvorgänge? Hierbei wird auch die Kombination mit mechanischer Bodenbearbeitung und Kalkung bearbeitet. Wie ist der Einfluss von Erlen auf den Gashaushalt in befahrenen Waldböden ökologisch einzuschätzen? Hierbei stehen die Spurengase Methan(CH4) und Lachgas (N2O) im Vordergrund. Da die Erlenarten durch die Symbiose mit Actinomyceten in der Lage sind Luftstickstoff zu binden, ist insbesondere ein Einfluss auf die Stickstoffflüsse in der Gasphase zu erwarten. Des Weiteren untersuchen wir die bodenmechanische Armierungswirkung des Erlenwurzelwerkes bei der Befahrung und den Einfluss auf den Boden-Wasser- und Gashauhalt, um damit die Option eines vorsorgenden Schutzes vor Bodenschäden durch Pflanzung von Erlenstreifen schon bei der Begründung von Waldbeständen im Bereich der zukünftigen Rückelinien zu konkretisieren. Vorgestellt wird das Projekt sowie erste Ergebnisse