Landesgraduiertenförderung: Modellierung und Analyse der Kopplung zwischen Strömungen in porösen Medien und turbulenter, freier Strömung mit Anwendung auf Verdunstungsprozesse

Strömungs- und Transportprozesse durch Gebiete mit Strömung in porösen Medien angrenzend an Gebiete mit freier Strömung finden in zahlreichen industriellen, umwelttechnischen und medizinischen Anwendungen Gebrauch. Unser Fokus liegt auf der Verdunstung von Wasser aus ungesättigtem Boden unter dem Einfluss einer turbulenten, freien Strömung. Eine geeignete Modellierung der Wasserverteilung und -flüsse innerhalb der ungesättigten Zone ist nötig, um den Dampf- und Energieaustausch zwischen Boden und Atmosphäre zu modellieren, und umgekehrt. Es ist nach wie vor schwierig, Strömung, Weg und Verteilung von Wasser, die durch turbulente Strömungsprozesse beeinflusst und an sie gekoppelt sind, zu beschreiben. Eine turbulente, freie Einphasenströmung (Gas) in der Atmosphäre ist mit einer Strömung im Boden, die eine Zweiphasenströmung (Gas und Flüssigkeit) sein kann, gekoppelt, wobei verschiedene physikalische Prozesse dominieren. Ein wichtiger Aspekt der Grenzfläche ist, dass dort die freie Strömung und die Strömung im porösen Medium gekoppelt sind. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist, dass die Eigenschaften der freien Strömung durch die Oberflächenrauigkeit oder durch einen konvektiven Nettofluss durch das poröse Medium verändert werden können, was Austauschprozesse wesentlich beeinflusst.

Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, durch eine umfangreiche Computeranalyse ein physikalisches und mathematisches Modell zu entwickeln, um Kopplungskonzepte für freie Strömung mit Strömungen im porösen Medium zu erarbeiten, sowie ein Verständnis für den Einfluss von Oberflächenrauigkeit auf Strömung und Massenaustausch durch die Bodenoberfläche zu erhalten. Die Entwicklung eines Modells zur Kopplung von freier Strömung mit Strömungen im porösen Medium wird, zusammen mit einer Untersuchung des Einflusses von Oberflächenrauigkeiten, zu einem umfassenderen Verständnis der Strömungs- und Massenaustauschprozesse durch Oberflächen von porösen Medien führen.

Prof. Dr.-Ing. Rainer Helmig

Melanie Lipp (M.Sc.)

LH2

10/2017 - 12/2020

Landesgraduiertenförderung