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unilogo Universität Stuttgart
Institute of Hydraulic Engineering

Research: VEGAS - Research Facility for Subsurface Remediation

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Numerische Simulation von isothermen/nichtisothermen Mehrphasenprozessen unter Berücksichtigung der Veränderung der Fluideigenschaften (modular aufgebautes Modellsystem)
Project manager:Prof. Dr.-Ing. Rainer Helmig
Research assistants:Dr.-Ing. Martin Emmert
Werner Bächle
Duration:1.3.1995 - 31.12.1997
Funding:Projekt Wasser Abfall Boden (PWAB)
Comments:

This project is part of the research area:
Behaviour of Contaminants in the Subsurface

Publications: Link

Abstract:

Ziel des Projektes war es, ein numerisches Modell zu entwickeln und bereitzustellen, um die gekoppelten, komplexen und nichtisothermen Mehrphasen-Mehrkomponentenprozesse bei thermisch unterstützten Bodensanierungsmaßnahmen besser zu verstehen und Entscheidungshilfen bei der Planung und Bemessung entsprechender Sanierungskonfigurationen zu geben.

Bei thermischen in-situ Sanierungsverfahren wird Heißdampf oder Heißluft in den Untergrund eingebracht, was dazu führt, dass der meist in residualer Sättigung vorliegende Schadstoff in die Gasphase verdampft und über Absaugen der Bodenluft entfernt wird. Die Kenntnis der räumlich-zeitlichen Dynamik wandernder Kondensationsfronten in Abhängigkeit des in der Regel heterogenen Untergrunds ist für den Sanierungserfolg ausschlaggebend. Grundlegend für die Entwicklung von Anwendungskriterien und Bemessungsregeln ist die Kenntnis der Wärmeübertragung durch Heißdampf und Heißluft in porösen Medien. Dies setzt ein gutes Verständnis der beteiligten Prozesse und der Sensitivität der Einflussgrößen voraus. Wesentlicher Bestandteil dieses Projektes ist die Schaffung dieser Grundlagen. Die Komplexität der gekoppelten massen- und energierelevanten Prozesse erfordert ein neuartiges Modellkonzept, das in der Lage ist, verschwindende und erscheinende Phase und Komponenten in Abhängigkeit des thermodynamischen Zustands zu simulieren. Dazu wurden zwei konzeptionelle Modelle entwickelt, die die Injektion von Dampf bzw. Heißluft in den Untergrund beschreiben. Das erste Modellkonzept umfasst eine Gas- und eine Flüssigphase, bestehend aus den Komponenten Wasser und Luft zur Beschreibung der ungesättigten Zone. Das zweite Modellkonzept erfasst die gesättigte Zone und berücksichtigt keine Luftkomponente. Es lässt eine Dampf- und eine Wasserphase zu und stellt einen Spezialfall des ersten Modellkonzepts dar. Die Berücksichtigung einer dritten (Schadstoff-) Phase war zur Erfassung der Gesetzmäßigkeiten der Wärmeleitung nicht erforderlich.

Abschließend kann festgehalten werden, dass das entwickelte Modell in der Lage ist, einen Beitrag zur Interpretation nichtisothermer Prozesse in porösen Medien zu leisten. Die Umsetzung der zusammengetragenen Erkenntnisse in das numerische Modell stellt eine Grundlage dar für zukünftige Arbeiten, die beispielsweise die Simulation der Sanierung eines Feldfalls zum Ziel haben.