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unilogo Universität Stuttgart
Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung - IWS

Forschung:

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FIMOTUM - First-principle-based Modelling of Transport in Unsaturated Media,
Subproject III Incorporation of subscale processes into enhanced constitutive relationships on the meso- and macroscale
Projektleiter:Prof. Dr.-Ing. Rainer Helmig
Stellvertreter:Prof. Dr. Insa Neuweiler
Wissenschaftliche Mitarbeiter:Dipl.-Ing. Hartmut Eichel, M.Sc.
Alexandros Papafotiou, M.Sc.
Projektdauer:1.5.2004 - 30.4.2007
Finanzierung:externer Link Deutsche Forschungsgemeinschaft
Projektpartner:
Publikationen: Link

Zusammenfassung:

Mehrphasenströmungen und -transportprozesse in porösen Medien mit Strukturen auf verschiedenen Skalen sind relevant für mehrere wissenschaftliche Forschungsbereiche und Anwendungsgebiete. Frühere Forschungen haben gezeigt, dass die Interaktionen der Fluidphasen mit der Struktur der Festphase einen großen Einfluss auf die Mehrphasenströmungen haben. Teilprojekt I (TP I) an der ETH Zürich wird die Bodenstrukturen identifizieren, die für die Zweiphasenströmungen besonders relevant sind. Mittels dieser Informationen wird die Gruppe der TU Braunschweig (TP II) geeignete Materialfunktionen (konstitutive Beziehungen) konstruieren, die dann wiederum von der Gruppe in Stuttgart (TP III) für Mehrphasensimulationen verwendet werden. TP I und TP II arbeiten auf der Porenskala während sich TP III mit der Meso- und Makroskala beschäftigt.

In Zusammenarbeit mit der Gruppe in Braunschweig wird unsere Gruppe eine Dimensionsanalyse durchgeführen und ein Referenzproblem lösen; dies soll die Gemeinsamkeiten und die Unterschiede bei der numerischen Lösung von Mehrphasenströmungen auf der Mikroskala und auf der Makroskala. Diese Untersuchung soll helfen, mikroskalische Parameter auf die Mesoskala zu übertragen. Zweitens wollen wir transiente physikalische Prozesse auf der Meso- und der Makroskala analysieren, um herauszufinden, von welchen Eigenschaften der Flüssigkeiten und Feststoffe und von welchen Strukturparametern sie abhängen. Effektive konstitutive Beziehungen werden für die Makroskala formuliert, basierend sowohl auf stationären als auch auf instationären Experimenten. Anschliessend wollen wir unsere konstitutiven Beziehungen und die Bilanzgleichungen erweitern mit

  • dynamischen Kapillardruck - Sättigungsbeziehungen, die Hysterese beinhalten und
  • anisotropen relative Permeabilität - Sättigungsbeziehungen.
Besonders die Relevanz des dynamischen Terms wird für die Makroskala untersucht werden.