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unilogo Universität Stuttgart
Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung - IWS

Forschung:

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Kopplung von Rohrströmungsmodell und Mehrphasenströmung im porösen Medium - Modellierung von Gasmigration durch poröse Medien und eindimensionale Hohlräume
Projektleiter:Dr.-Ing. Holger Class
Stellvertreter:Prof. Dr.-Ing. Rainer Helmig
Wissenschaftliche Mitarbeiter:Dr.-Ing. Mehmet Onur Dogan, M.Sc.
Projektdauer:1.3.2007 - 28.2.2010
Finanzierung:externer Link Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Kommentar:

Dieses Projekt gehört zum Forschungsschwerpunkt:
Modellkopplung und komplexe Strukturen


Zusammenfassung:

Die numerische Simulation von Mehrphasen-Systemen in porösen Medien ist für viele umweltrelevante und technische Anwendungsbereiche von Bedeutung. Oft erschwert aber die Struktur der porösen Matrix die konzeptionelle Modellbildung. Die heterogene Verteilung von Eigenschaften wie Permeabilität/Porosität bereitet hier oft Schwierigkeiten. Dies gilt besonders dann, wenn ausgeprägte Hohlstrukturen das poröse Medium durchziehen bzw. die jeweiligen Strömungen gekoppelt sind. Beispiele hierfür findet man im Bereich des Bergbaus (Schächte, Strecken), der CO2-Speicherung in geologischen Formationen (Abandoned Wells), der Strömung von Flüssigkeiten und Gasen durch geklüftet-poröse Medien, aber auch bei der Simulation des Wasserhaushalts in Brennstoffzellen (Diffusionsschicht/ Gasverteiler).

Das geplante Forschungsvorhaben umfasst die Entwicklung eines Kopplungsansatzes zwischen der Beschreibung der Strömung im porösenMedium (Darcy) und der Strömung in eindimensional ausgeprägten Hohlräumen mit Hilfe von Gleichungen aus der Rohrhydraulik. Zunächst wird dies anhand der Problematik der Methanmigration in stillgelegten Kohlebergwerken erfolgen.

Abbildung 1: Schematische Darstellung der geplanten Kopplungstrategie

Das Ziel des Forschungsprojektes :

  • Implimentierung 1D-Rohrströmungsmodell mit Verwendung der BOX-Diskretisierung
  • Kopplung mit porösem Medium in 2D (Matrix 2D, Rohrströmung 1D)
  • Berücksichtigung von verzweigten Rohrsystemen
  • Mehrkomponentenbetrachtung
  • Kopplung mit porösem Medium in 3D (Matrix 3D, Rohrströmung 1D)
  • Verifizierung/Validierung des numerischen Modells durch Experimente in Kooperation mit Versuchseinrichtung zur Grundwasser und Altlastensanierung (VEGAS)