EXC 2075, PN 1-5: Dispersion concept for interface closures in the context of coupling free-flow and porous-media multiphase flow on the REV scale

In verschiedenen umweltrelevanten, technischen und bio-mechanischen Systemen sind Austauschprozesse am Interface zwischen porösen Medien und freier Strömung von großer Relevanz für das gesamte gekoppelte System. Dies bedeutet, dass sich das Strömungsverhalten in den jeweiligen Teilgebieten, d.h. poröses Gebiet und Gebiet der freien Strömung, über das gemeinsame Interface gegenseitig beeinflusst, was wiederum zu einer Kopplung bzw. Wechselwirkung der Teilgebiete führt. Aufgrund dieser gegenseitigen Beeinflussung ist es entscheidend die physikalischen Prozesse am Interface zu verstehen und diese akkurat abzubilden. Ein Beispiel für ein solches System ist die Verdunstung von Wasser aus dem Boden in die Atmosphäre. Dieses Forschungsprojekt beschäftigt sich mit der Beschreibung von temperaturabhängigen Mehrphasen-Mehrkomponenten-Strömungsprozessen an solchen Interfaces und den damit verbundenen Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Teilgebieten.

Hierbei sollen die vorhandenen Theorien überprüft und entsprechend auf Mehrphasensysteme erweitert werden. Die durch Experimente und Simulationen gewonnen Daten und Erkenntnisse sollen wiederum verwendet werden um einen effizienten Mehrskalenansatz zu entwickeln. Hierbei soll ein Dispersionskonzept verwendet werden welches turbulenzabhängige Prozesse hinreichend genau und effizient abbildet und damit das Simulieren von realen Anwendungen ermöglicht. Zu diesem Zweck ist es entscheidend zunächst die systemrelevanten Phänomene und Prozesse, die sich aus detaillierten Simulationen und experimentellen Daten ableiten lassen, zu identifizieren und zu verstehen. Mit Hilfe von Algorithmen des maschinellen Lernens sollen diese Erkenntnisse dann entweder in Systemparameter einfließen oder zur Erweiterung bestehender Gleichungen genutzt werden.

Prof. Dr.-Ing. Rainer Helmig
Dr.-Ing. Martin Schneider

Dr.-Ing. Martin Schneider
Edward Coltman (M.Sc.)

Prof. Dr. rer. nat. Ingo Steinwart

01/2020 - 06/2023