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unilogo Universität Stuttgart
Institute of Hydraulic Engineering

Research: Dept. of Hydromechanics and Modeling of Hydrosystems

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Experimentelle und numerische Untersuchungen zur Dampfausbreitung in gesättigten porösen Medien
Project manager:Prof. Dr.-Ing. Rainer Helmig, Dr.-Ing. Holger Class
Research assistants:Dr.-Ing. Steffen Oliver Ochs
Duration:1.5.2003 - 29.12.2006
Project Partners:VEGAS

Abstract:

Das Verfahren der Dampfinjektion ist bereits erfolgreich für Sanierung von Schadensfälle in der ungesättigten Bodenzone oberhalb des Grundwasserspiegels eingesetzt worden. DNAPL Schadensfälle sind jedoch nicht auf die ungesättigte Bodenzone beschränkt und deshalb wird momentan die Anwendbarkeit des Verfahrens zur Sanierung von Kontaminationen in der gesättigten Bodenzone untersucht. Obwohl die Prozesse der Dampfausbreitung dabei prinzipiell ähnlich sind wie in der ungesättigten Bodenzone, so kann sich dennoch deren Einfluß auf das Prozessverhalten stark unterscheiden. Auftriebseffekte, welche in der ungesättigten Zone von untergeordneter Bedeutung sind, können in der gesättigten Bodenzone maßgeblich die Ausbreitung der Dampffront beinflussen.

Zielsetzung der Arbeit war es das Prozessverständnis für das nicht-isotherme Mehrphasensystem, welches sich bei der Dampfinjektion in ein gesättigtes poröses Medium einstellt, zu verbessern. Dazu wurden experimentelle Untersuchungen im Labormaßstab durchgeführt und ein robustes, prognosefähiges numerisches Modell entwickelt, mit dem weiterführende Untersuchungen angestellt werden konnten. Die einzelnen Arbeitsschritte und deren Interaktionen sind in unten stehender Abbildung dargestellt.

Die Verknüpfung von experimentellen und numerischen Untersuchungen resultierte in einem verbesserten Prozessverständnis des untersuchten nicht-isothermen Mehrphasensystems. Dabei zeigte sich, dass das Ausbreitungsverhalten einer Dampffront in einem gesättigten porösen Medium stark von dem Verhältnis der auftretenden viskosen Kräfte und Auftriebskräfte beeinflusst wird.
Mit dem entwickelten robusten numerischen Modell konnte die Dampfausbreitung in den durchgeführten Experimenten als auch für eine Pilotsanierung erfolgreich simuliert werden. Durch das gewonnene Verständnis der relevanten Prozesse und Parameter war es möglich Planungshilfen zur Auslegung von Dampfinjektionen zur Verfügung zu stellen.