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A Dual Sensor for Simultaneous Investigation of Soil Cone Index and Moisture Content
(2003) Sun, Yurui; Schulze Lammers, Peter; Damerow, Lutz
A dual sensor combining dielectric and mechanic principles was developed. The geometric structure of this sensor has been designed according to the ASAE- standard for penetrometer cones, and the sensor can provide a pair of output signals when inserted into soil. By analyzing both signals, one can determine the correlation among cone index, soil bulk density, and moisture content. Some preliminary experiments were performed in a laboratory environment, and the sensor will be ready for use in the field in the near future.
Ausbreitungsmodellierung von Gerüchen mit zeitaufgelösten Modellen
(2000) Boeker, Peter; Wallenfang, Oliver; Koster, Frank; Croce, Roberto; Diekmann, Bernd; Griebel, Michael; Schulze Lammers, Peter
Der Beitrag erläutert im Kontext der bisher angewandten Methoden einen neuen Ansatz zur Ausbreitungsmodellierung von Gerüchen. Anhand von Beispielfällen wird die Methodik der Geruchsprognose mit verschiedenen Ansätzen dargestellt und deren Vor- und Nachteile, sowie deren Limitierungen diskutiert. Besonderes Augenmerk ist dabei auf die Ausbreitung im Nahbereich von Geruchsemittenten mit niedrigen Quellhöhen und strömungstechnisch komplexer Umgebung gerichtet. Typische Fälle hierfür sind landwirtschaftliche Emittenten oder Anlagen der biologischen Prozeßtechnik (Kompostierungen, Kläranlagen). Das neue Ausbreitungsmodell ist eine Weiterentwicklung des Modells NaSt3D mit zwei Varianten einer verbesserten Ausbreitungsmodellierung, einem Advektions-Diffusions-Ansatz (Euler-Modell) und einer Lagrange- Partikel-Modellierung. Das Modell ist in der Lage, Strömungen und Ausbreitungen zeitaufgelöst zu berechnen und damit die für Geruchsphänomene wichtige Frage der Konzentrationsfluktuation im Modell zu integrieren. Durch die Parallelisierung des Rechencodes ist es möglich, auch bisher zu komplexe Gelände- und Quellkonfigurationen in feiner Unterteilung des Rechengitters zu berechnen. Hierfür sind momentan Rechnercluster und Hochleistungsrechner einsetzbar, als Vorgriff auf die schnelle Weiterentwicklung leistungsfähiger Personalcomputer. Der durchgängig analytische Ansatz vermeidet empirische Modellergänzungen mit Anpassungsparametern, wie beispielsweise die sonst erforderlichen Modelle der ?oeberschreitungswahrscheinlichkeit, und kann damit physikalisch begründet kalibriert werden.
Detektionsprinzip von Biomasse mittels UWB-Radar am Beispiel von Zuckerrüben
(2006) Konstantinovic, Miodrag; Wöckel, Sebastian; Schulze Lammers, Peter; Sachs, Jürgen
In diesem Artikel werden die wesentlichen Prinzipien der Detektion von Biomassen in landwirtschaftlichen Böden mit Mikrowellen-Sensoren nach dem Ultra-Breitband (UWB) M-Sequenz-Radarverfahren vorgestellt und die Anwendung dieser hochauflösenden Radartechnik am Beispiel der Zuckerrübe hinsichtlich der Bestimmung der Einzelrübenmasse erläutert. An einem vorläufig linearen Modell wird die Leistungsfähigkeit der Rübendetektion mit dem Radarverfahren diskutiert sowie die Trennung des gesuchten Rübensignals von Bodenreflexionen und anderen Störsignalen behandelt. Hierzu zählt insbesondere eine spezielle Filtermethode zur Entfaltung des Einflusses der Radarantennen. Zum Verhalten der Rückstreuung elektro-magnetischer Wellen an Biomassen werden der Einfluss der Geometrie der Einzelrübe auf die reflektierte Energie und wichtige Schritte der Signalinterpretation dargelegt. Abschließend werden das Prinzip der Detektion von Zuckerrüben im Boden unter Laborbedingungen und die Bestimmung der geometrischen Größe aus den Radardaten dargestellt.
Energieumsetzung in Biogasanlagen : Ergebnisse messtechnischer Untersuchungen an landwirtschaftlichen Biogasanlagen
(2007) Besgen, Simone; Kempkens, Karl; Schulze Lammers, Peter
?oeber eine Messperiode von drei Jahren wurden verfahrenstechnische Kenndaten an vier landwirtschaftlichen Biogasanlagen messtechnisch erhoben. Es handelt sich um Anlagen mit einer elektrischen Leistung von 160 kWel und 200 kWel, die aus dem zugeführten Substrat zwischen 1.642 m³/d und 1.941 m³/d Biogas erzeugten. Im Nachgärer wurde ein Anteil von bis zu ein Drittel der gesamten Gasproduktion erzielt. Das Resultat spricht damit aus ökonomischer sowie ökologischer Sicht für die Ausstattung des Nachgärers mit einem Foliengasspeicher. Weiterhin wurden Versuche zur Ermittlung der Gasausbeute einzelner Substrate durchgeführt. Das Bio-gas enthielt 52,3-59,7 % Methan und 143,2-357,8 ppm Schwefelwasserstoff. Der elektrische Wirkungsgrad der acht untersuchten Blockheizkraftwerke (BHKW) beziffert sich bei den beiden 80 kWel-Motoren im Durch-schnitt auf 31,4 % und bei den sechs 100 kWel-Motoren auf 36,5 %. Die 80 kWel-Motoren erzielten einen thermischen Wirkungsgrad in Höhe von lediglich 29,4 % und die 100 kWel-Motoren von nur 28,9 %. Der elektrische Wirkungsgrad fällt mit 36,5 % auffallend hoch aus, während der thermische Wirkungsgrad deutlich niedriger lag als in der Literatur zu finden ist. Der durchschnittliche Heizölanteil der acht BHKW belief sich auf 13,6 % und erfüllt damit nicht die Forderung der Energieversor-gungsunternehmen von maximal 10 %. Die BHKW er-reichten 8.333 Betriebsstunden pro Jahr und damit eine Auslastung von 95,1 %. Die Anlagen produzierten 3,9-8,1 kWhel/(m³* d) elektrische Energie bezogen auf das Fermentervolumen bzw. 1,0-3,1 kWhel/(m³* d) bezogen auf das Nachgärervolumen. Für die Prozessenergie zum Betrieb der Anlagen wurde im Mittel 157,9 kWhel/d (3,7 %) an elektrischer Energie verbraucht. Die Substrat-analysen der Anlagen im Fermenter ergaben im Durch-schnitt einen pH-Wert von 7,7 (Nachgärer: 7,9), einen Trockensubstanzgehalt (TS) von 6,2 % (Nachgärer: 5,2 %) und einen organischen Trockensubstanzgehalt (oTS) von 44,5 kg/m³ (Nachgärer: 34,7 kg/m³). Das entspricht einer Abbaurate von 16 % TS und 22 % oTS von Fermenter zu Nachgärer, bei einer gesamten durchschnittlichen Verweilzeit von 105 Tagen. Im Gärrest des Nachgärers der Anlagen waren 4,3 kg/m³ Stickstoff, 2,3 kg/m³ Ammonium, 1,5 kg/m³ Phosphor und 3,9 kg/m³ Kalium enthalten.
Entwicklung einer Versuchseinrichtung zur Untersuchung der Verzögerungszeiten von Direkteinspeisungssystemen für die teilflächenspezifische Applikation von Herbiziden
(2005) Sökefeld, Markus; Hloben, Peter; Schulze Lammers, Peter
Direkteinspeisungssysteme ermöglichen eine genauere Applikation von Herbiziden. Ziel der Untersuchungen ist die Ermittlung der Ansprechzeiten von dezentralen Direkteinspeisungssystemen, die eine Einspeisung an der Düse oder an der Teilbreite vornehmen. Gegenstand dieser Veröffentlichung ist die Entwicklung einer Methode zur Ermittlung der Reaktionszeiten. Es wird der Gesamtvorgang der Online-Herbizidausbringung betrachtet und eine Definition der Zeitglieder vorgenommen. Ein Versuchsstand zur Untersuchung der Verzögerungszeiten des hydraulischen Systems von Direkteinspeisungssystemen wird vorgestellt. Zu dem Aufbau des Versuchsstandes gehört die Entwicklung und Kalibration von Sensoren zur Ermittlung des Konzentrationsaufbaues des Herbizides in der Trägerflüssigkeit nach Einspeisebeginn.
Messung biogener Gase: Konzentrationsverschiebungen durch Auskondensation von Gasfeuchte
(1999) Boeker, Peter; Rechenbach, Thomas; Schulze Lammers, Peter
Emissionsmessungen biogener Gase bei hohen Quellentemperaturen und Feuchtegehalten stellen besondere Anforderungen an die Messtechnik. Auf den Gaswegen zum Analysator kann es bei Absinken des Temperaturniveaus zu Taupunktunterschreitungen und damit zu Kondensationen kommen. Muß der Analysator aufgrund seines Meßprinzipes bei niedrigen Temperaturen unterhalb des Taupunktes des Emissionsgases betrieben werden, ist eine Absenkung des Wassergehaltes erforderlich, um kondensierende Feuchte im Messgerät zu vermeiden. Ein Weg zur Absenkung des Wassergehaltes ist der Einsatz eines Messgaskühlers, in dem bei definierter Temperatur der Taupunkt durch Auskondensation abgesenkt wird. Auf zwei Weisen kann es dadurch zu Fehleinschätzungen der Emissionen kommen. Durch die Auskondensation des Wasseranteils wird der relative Anteil des Messgases erhöht, die Konzentration steigt an. Umgekehrt wird bei löslichen Gasen ein Teil des Gases durch das Kondensat ausgewaschen, die Konzentration sinkt dadurch ab. Da Ammoniak in Wasser gut löslich ist, besteht die Erwartung, dass bei Kondensation des Wasseranteils in hohem Maß Ammoniak gelöst und ausgewaschen wird. Berechnungen auf Basis von Ansätzen der Luftzustände und der Löslichkeit von Ammoniak zeigen einen überraschenden Befund: unterhalb einer bestimmten Messgaskühlertemperatur tritt eine Konzentrationsabsenkung, oberhalb tritt eine Konzentrationserhöhung auf. Zur ?oeberprüfung wurden die berechneten Konzentrationskurven mit einer speziell zusammengestellten Apparatur nachgemessen. Die Messergebnisse bestätigen mit hoher Genauigkeit die gewählten Ansätze und den Einfluss der Kondensation auf die Analytkonzentration. Zusätzlich können mit der experimentellen Methode Gaslöslichkeiten bei niedrigen Partialdrücken vermessen werden. Die berechneten und durch Messungen verifizierten Beziehungen ermöglichen die Auslegung und Betriebsweise von Messgaskühlern, deren quantitativ festgelegte Konzentrationsverschiebungen sich korrigieren lassen.
The Modelling of Odour Dispersion with Time-Resolved Models
(2000) Boeker, Peter; Wallenfang, Oliver; Koster, Frank; Croce, Roberto; Diekmann, Bernd; Griebel, Michael; Schulze Lammers, Peter
In connection with the methods used so far, this contribution describes a new approach for the modelling of odour dispersion. Using the aid of example cases, the methodology of odour prognosis with different approaches is explained, and their advantages and dis- advantages as well as their limitations are discussed. Particular attention is given to close-range dispersion from odour emis- sion sources with low source heights and a complex fluidic environment. Typical examples of such cases are agricultural sources or biological processing plants (composting, sewage treatment plants). The new dispersion model is a further development of the NaSt3D model with two variants of improved dispersion modelling, an advection- diffusion approach (Euler model) and a Lagrange-particle model. This model is able to conduct time-resolved calculations of flows and disper- sion and hence allows the question of concentration fluctuation, which is important for odour phenomena, to be integrated into the model. The parallelizing of the computer code enables terrain- and source configu- rations which have been too complex thus far to be calculated in a fine division of the calculation grid. At present, computer clusters and high- performance computers can be used for this purpose in anticipation of the fast further development of efficient personal computers. The consistently analytical approach avoids empirical model supple- ments with adaptation parameters, such as the otherwise necessary mo- dels of exceeding probability, and can thus be calibrated on a physical basis.
Tracer Measurements for the Validation of Odour Dispersion Models
(2001) Boeker, Peter; Wittkowski, Martin; Wallenfang, Oliver; Koster, Frank; Griebel, Michael; Diekmann, Bernd; Schulze Lammers, Peter
Dispersion models are computer-based numerical models which are spe- cially developed for the prognosis of the dispersion behaviour of sub- stances in natural wind flows. They integrate different theoretical sub- models from fluid, gas, and particle dynamics. Since efficient modelling requires simplifications and additional assumptions, the simulation re- sults provided by these models must be compared with real-world data in order to prove the validity of the model. This is called validation. Odour perception at the input location is determined by the fluctuations of local immission concentration. Odour perception begins only when the threshold value is exceeded. Therefore, the determination of values in ex- cess of the threshold level requires that, in addition to the mean input value, its fluctuation be known. Due to the turbulence of natural wind flows, odorants are diluted to a varying degree during transmission. Mo- reover, changing wind directions lead to a shift in the main direction of propagation, which causes the odour plume to meander. The new NaSt3D model was examined as an example of the validation of odour dispersion models. For this reason, field measurements were taken in or- der to determine odour propagation. A mobile tracer measurement technique with simultaneous recording of the meteorological data, the measuring positions, and the tracer concentration allowed measurements with high temporal and spatial resolution to be carried out. Comparisons of model calculations and measurements showed a high degree of consi- stency and proved the applicability of the NaSt3D model for detailed odour dispersion simulation.
Tracermessungen zur Validierung von Geruchsmodellen
(2001) Boeker, Peter; Wittkowski, Martin; Wallenfang, Oliver; Koster, Frank; Griebel, Michael; Diekmann, Bernd; Schulze Lammers, Peter
Ausbreitungsmodelle sind computerbasierte numerische Modelle, die speziell für die Prognose des Ausbreitungsverhaltens von Stoffen in natürlichen Windströmungen aufgestellt werden. Sie enthalten verschiedene Theorieelemente aus der Strömungsmechanik, Gas- und Partikeldynamik. Durch die erforderlichen Vereinfachungen und Zusatzannahmen zur effizienten Modellierung müssen die Simulationsergebnisse, die mit diesen Modellen erhalten werden, mit Realdaten verglichen werden, um die Gültigkeit des Modells nachzuweisen. Dies wird als Validierung bezeichnet. Die Geruchswahrnehmung am Immissionsort ist von den Schwankungen der lokalen Immissionskonzentration bestimmt. Die Geruchswahrnehmung setzt erst ab dem Schwellenwert ein, daher muß zur Bestimmung der ?oeberschreitung zusätzlich zum Mittelwert der Immission der Schwankungswert bekannt sein. Durch die Turbulenz der natürlichen Windströmungen werden die Geruchsstoffe bei der Transmission verschieden stark verdünnt. Zusätzlich führen wechselnde Windrichtungen zu einer Verschiebung der Ausbreitungsrichtung, die sich im Mäandern der Ausbreitungsfahne auswirkt. Exemplarisch für die Validierung von Ausbreitungsmodellen wurde das neue Ausbreitungsmodell NaSt3D untersucht. Dafür wurden Freilandmessungen zur Bestimmung der Ausbreitung durchgeführt. Mit einer mobilen Tracermeßtechnik bei simultaner Aufzeichnung der meteorologischen Daten, der Meßpositionen und der Tracerkonzentration wurden örtlich und zeitlich hochaufgelöste Messungen realisiert. Die Vergleiche von Modellrechnungen und Messungen ergaben eine gute ?oebereinstimmung und weisen die Einsetzbarkeit des Modells NaSt3D für die detaillierte Geruchsausbreitungssimulation nach.
Untersuchung der Verzögerungszeiten von Direkteinspeisungssystemen für die teilflächenspezifische Applikation von Herbiziden
(2006) Hloben, Peter; Sökefeld, Markus; Schulze Lammers, Peter
Die fortgeschrittene Entwicklung von Unkrauterkennungssystemen erfordert gleichermaßen eine Entwicklung von Applikationstechniken für eine präzise Ausbringung von Herbiziden. Direkteinspeisungssysteme ermöglichen eine selektive Herbizidausbringung in Bezug auf die Wirkstoffwahl und die exakte Ausbringung am Standort der Unkräuter. Auf einem Versuchs-stand wurden verschiedene Einspeisungssysteme bezüglich ihres Zeitverhaltens untersucht. In einer Variante wurde der Tracer als Ersatzstoff für das Herbizid in die Zuleitung einer Teilbreite eingeleitet. Eine zweite Variante stellte die Einspeisung an jeder Einzeldüse dar, die in zwei verschiedenen Arten durchgeführt wurde. Einmal wurde die Einspeisung mit einem zentralen Ventil in der Zuleitung für den Tracer zu jeder Düse gesteuert und als weitere Variante wurden Ventile vor jeder Düse platziert. Die Verzögerungszeiten, die einen Anstieg der Tracerkonzentration im Trägerstoff von 10 auf 95 % repräsentieren, lagen bei der Einspeisung an der Teilbreite zwischen 1,8 und 7,5 s. Bei der Direkteinspeisung an der Düse wurden Verzögerungszeiten von unter 1 s erreicht. Wird die Verzögerungszeit in Fahrstrecke bei der Ausbringung umgerechnet, so ergibt sich für eine Arbeitsgeschwindigkeit von 11 km h-1 (ca. 3 m s-1) für die Einspeisung an der Düse eine maximale Anpassungsstrecke von 22,5 m und für die Einspeisung an der Düse von weniger als 3 m.