Rainer Helmig
IWS, Lehrstuhl für Hydromechanik und Hydrosystemmodellierung, Universität Stuttgart
Skalenabhängigkeit von Mehrphasenprozessen in porösen Medien
-- Problemstellung und Lösungsansätze--
Abstract:
Die Grundwasserqualität wird durch eine Vielzahl von Verunreinigungen
beeinträchtigt. Ursache hierfür sind neben Unfällen mit
wassergefährdenden Stoffen vor
allem Altlasten wie z.B. undichte Deponien, ausgelaufene Tankbehälter
oder unkontrollierte Ablagerungen industrieller Abfallprodukte.
Strömungs-- und Transportmodelle ermöglichen eine integrierende
Betrachtung der physikalischen, chemischen und mikrobiologischen Aspekte
und stellen somit Entscheidungshilfen für die Erhaltung oder
Wiederherstellung der Grundwasserqualität dar.
Eines der Hauptprobleme, das sich bei der Beschreibung von Mehrphasenvorgängen in porösen Medien stellt, ist die Tatsache, dass natürliche Formationen (Strukturen) in der Regel sehr heterogen sind. Die Kenntnisse, die über die Eigenschaften des porösen Mediums vorliegen, sind meist auf einer Skala, die klein ist im Vergleich zur Feldskala. Sind die Parameter auf der kleinen Skala heterogen, so ist es für die klassischen Modellansätze zur Beschreibung von Mehrphasenvorgängen in porösen Medien praktisch unmöglich, den Einfluss der Schwankungen der Bodenparameter, die aus der kleinen Skala herrühren, zu erfassen. Um Mehrphasenvorgänge numerisch nachbilden zu können, ist es eine wichtige Aufgabe, vereinfachte Formulierungen für die Feldskala (technische Skala bzw. VEGAS--Skala) zu finden, bei der auch die Auswirkungen der Prozesse auf der kleinen Skala in einem gemittelten Sinne mit erfasst werden.
Ziel des Vortrags ist es, neben der Ermittlung effektiver Parameter ein neues Konzept zur Integration feiner, kleinskaliger Strukturen in grobe, großkalige Strukturen vorzustellen. Im ersten Abschnitt des Vortrags wird eine Definition der relevanten Skalen gegeben. Aufbauend darauf wird mit Hilfe einer Dimensionsanalyse die Skalenabhängigkeit der relevanten Parameter und Prozesse aufgezeigt. Dabei zeigt sich, dass der Kapillardruck eine Schlüsselrolle bei der Ermittlung effektiver Parameter beim Übergang von der lokalen Skala zur Makroskala darstellt. Insbesondere steuert die räumliche Verteilung der Eindringdrücke wesentlich das Mehrphasenströmungsverhalten. An einem Versickerungsexperiment wird verdeutlicht, wieviel Informationen über die Geometrie der Heterogenitätsverteilung ein Upscaling--Verfahren benötigt.
Im zweiten Abschnitt wird ein neuer Ansatz vorgestellt, der zunächst das Zwei--Phasen--Strömungsverhalten von einer feinen, heterogenen Skala auf eine grobe, homogene Skala überträgt. An einem einfachen Beispiel wird die Leistungsfähigkeit aufgezeigt und diskutiert.
| Zeit: | Freitag, 18. Juni, 2004, 16.15 (Kaffee/Tee um 15.30) |
| Ort: | FU Berlin, Arnimallee 2-6, Raum 032 im EG |