Programmable wind field generation system for a wind-wave flume

Präambel Die Helmholtz-Zentrum hereon GmbH (Hereon) ist eine gemeinnützige Forschungseinrichtung und eine der 18 Mitgliedseinrichtungen der Hermann von Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren e. V. Die Aufwendungen des Hereon werden zu 90% vom Bund (BMFTR - Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt) und zu 10% von den vier Konsortialländern (Schleswig-Holstein, Hamburg, Niedersachsen und Brandenburg) finanziert.

Die satzungsmäßige Aufgabe der Gesellschaft ist es, im multidisziplinären Verbund Forschung und Entwicklung, insbesondere auf den Gebieten der Materialforschung, der Küsten-, Klima- und Umweltforschung sowie der regenerativen Medizin zu betreiben. Gegenstand der Vergabe ist ein Programmierbares Windfelderzeugungssystem für einen Wind-Wellen-Kanal. Technische Spezifikation

1. Beschaffungsumfang Die Beschaffung umfasst die Lieferung, Installation, Inbetriebnahme und Funktionsprüfung eines programmierbaren Windfelderzeugungssystems für den Betrieb über einem bestehenden Wind-Wellen-Kanal. Das System muss sämtliche für den Betrieb erforderlichen mechanischen, elektrischen, steuerungstechnischen und softwareseitigen Komponenten umfassen, einschließlich Tragstrukturen, Strömungskonditionierungselementen, Luftführungen, Steuerungssoftware sowie Kommunikationsinfrastruktur. Das System wird für wissenschaftliche Untersuchungen in folgenden Bereichen eingesetzt: - Wind-Wellen-Interaktion - Atmosphäre-Ozean-Austausch - Grenzschichtprozesse - Meeresgischt- und Aerosolerzeugung - Anwendungen der Offshore-Windenergie - Validierung numerischer Modelle
2. Wissenschaftliche und funktionale Anforderungen Eine zentrale Anforderung dieser Beschaffung ist die Fähigkeit, realistische atmosphärische Anregungsbedingungen über einer Wasseroberfläche zu erzeugen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Gebläsesystemen von Windkanälen muss das angebotene System die kontrollierte und reproduzierbare Erzeugung sowohl von: - räumlich nicht-homogenen Windfeldern als auch von - zeitlich veränderlichen Windbedingungen einschließlich Böen ermöglichen. Das System muss daher: 1. aus mindestens 40 unabhängig regelbaren Ventilatormodulen bestehen, die in einem zweidimensionalen Array angeordnet sind; 2. Windgeschwindigkeiten von mindestens 20 m/s ohne nachgeschaltete Strömungsmanipulationseinrichtungen erzeugen können
3. eine Beschleunigung (Ramp-Up) von mindestens 15 m/s2 ohne nachgeschaltete Strömungsmanipulationseinrichtungen ermöglichen
4. eine Verzögerung (Ramp-Down) von mindestens 10 m/s2 ohne nachgeschaltete Strömungsmanipulationseinrichtungen ermöglichen
5. die unabhängige Ansteuerung jedes einzelnen Ventilatormoduls erlauben
6. beliebige zweidimensionale Windgeschwindigkeitsverteilungen erzeugen können
7. asymmetrische Windprofile, Windgeschwindigkeitsgradienten von mindestens 7 m/s pro Meter sowie Scherprofile ohne nachgeschaltete Strömungsmanipulationseinrichtungen erzeugen können
8. zeitlich veränderliche Windbedingungen und benutzerdefinierte Windgeschwindigkeits-Zeitreihen erzeugen können
9. reproduzierbare Böenereignisse erzeugen können
10. eine gleichzeitige räumliche und zeitliche Variation des Windfeldes ermöglichen
11. vordefinierte Windszenarien speichern, reproduzieren und modifizieren können
12. eine offene Softwareschnittstelle (API) für externe Steuerung, Automatisierung und Synchronisation mit wissenschaftlicher Messtechnik bereitstellen.

Die Erzeugung komplexer, räumlich variierender und zeitlich instationärer Windfelder stellt eine wesentliche Anforderung dieser Beschaffung dar. 3. Windgenerierungssystem Das Windgenerierungssystem muss:

1. mindestens 40 individuell regelbare Ventilatormodule umfassen
2. einen stabilen und reproduzierbaren Betrieb über den gesamten Betriebsbereich gewährleisten
3. Echtzeitanpassungen der Betriebsparameter ermöglichen
4. für den kontinuierlichen wissenschaftlichen Betrieb geeignet sein
5. sämtliche erforderlichen integrierten Elektronikkomponenten, Netzteile, Kommunikationshardware, Verkabelungen und Strukturbauteile enthalten. 4. Steuerungssoftware Die bereitgestellte Software muss folgende Funktionen bieten: 1. eine grafische Benutzeroberfläche zur Bedienung des Systems; 2. individuelle Ventilatorsteuerung; 3. gruppierte Ventilatorsteuerung; 4. Erstellung und Speicherung benutzerdefinierter Windszenarien; 5. Programmierung zeitabhängiger Windfelder
6. Import und Export von Windprofilen
7. Skript- und Automatisierungsfunktionen
8. eine offene API für wissenschaftliche Anwendungen.

Die Software muss den Langzeitbetrieb sowie die zukünftige Integration in Laborsteuerungssysteme unterstützen.