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unilogo Universität Stuttgart
Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung - IWS

Forschung:

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Trapping Phänomene bei Zweiphasenströmungen in porösen Medien und deren Modellierung in Upscaling-Verfahren
Projektleiter:Prof. Dr.-Ing. Rainer Helmig
Wissenschaftliche Mitarbeiter:Dipl.-Ing. Hartmut Eichel, M.Sc.
Projektdauer:1.9.2003 - 31.12.2004
Finanzierung:Dieses Forschungsvorhaben wurde im Rahmen eines Marie Curie Stipendiums der Europäischen Gemeinschaft realisiert
Projektpartner:Diese Arbeit wird in enger Zusammenarbeit mit C. J. v. Duijn und I. S. Pop aus der Arbeitsgruppe Angewandte Mathematik (Toegepaste Analyse) an der TU Eindhoven durchgeführt.

Zusammenfassung:

Das Verständnis von Zweiphasenströmungen in porösen Medien ist von großer Wichtigkeit für Umweltingenieure, die sich mit der Reinigung von kontaminierten Standorten beschäftigen. Heterogeneitäten, die in den meisten natürlichen Böden vorkommen, beeinflussen das Fließverhalten von Mehrphasenströmungen beträchtlich und erschweren damit korrekte Prognoserechnungen.
Falls der Untergrund heterogen ist, kann die eindringende nichtbenetzende Phase (Dense Non Aqueous Phase Liquid, DNAPL) an der Grenze zwischen zwei Schichten unterschiedlicher Permeabilität zurückgehalten werden. Dieses Phänomen, was vor allem durch Kapillarkräfte hervorgerufen wird, wurde in Experimenten beobachtet.
Das Ziel diese Projektes ist es, ein Mehrphasenmodell zu erstellen und zu untersuchen, das in der Lage ist, diese Effekte richtig zu reproduzieren. Wenn dies gelingt, soll hiermit ein vereinfachtes Modell untersucht werden. Eine Linse in einem homogenene Medium.
Zuerst werden stationäre Lösungen des Problems untersucht, in dem DNAPL an der Grenzschicht zurückgehalten wird. Insbesondere ist man dem Zustand interessiert, an dem die maximale Menge DNAPL aufgestaut wird.
Als nächstes werden die Untersuchungen auf nicht stationäre Lösungen ausgeweitet. Dies hieraus resultierende Wissen soll dann verwendet werden, um mit Hilfe einer Homogensierung ein Upscaling durchzuführen. Der wichtigste Ziel ist es, eine effektive Gleichung für Zweiphasenströmungen in porösen Medien mit Linsen zu erhalten, die in der Lage ist, die Effekte auf der Mikroskala wiederzugeben.
In den letzten Jahren haben Experimente gezeigt, dass die stationären Kapillardruck-Sättigungsbeziehungen die Wirklichkeit nur unzureichend wiederspiegeln. Es wurde deshalb vorgeschlagen, einen zeitabhängigen Term in die Gleichung einzubeziehen. In den meisten Fällen geschieht dies durch Parameter, die so angepasst werden, dass die Experimente numerisch reproduziert werden können.
Deshalb besteht ein weiteres Ziel dieser Arbeit darin, herauszufinden, unter welchen Bedingungen diese zeitabhängigen Terme auch im Rahmen eines Homogenisierungsverfahrens auftreten und damit das physikalische Verständnis dieser Terme zu verbessern.