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Teilprojekt SP2

Modeling and analysis of the movement of  fluid-fluid interfaces in porous media coupled with free flow

In diesem Teilprojekt liegt der Schwerpunkt auf der Modellierung und Interpretation von Evaporation aus porösen Medien unter dem Einfluss atmosphärischer Prozesse, wie z.B. Wind und Sonneneinstrahlung. In der ersten Projektphase wurde ein Modellkonzept auf der REV Skala entwickelt, welches die Kopplung einer laminaren, einphasigen freien Strömung und einer Zweiphasenströmung in porösen Medien unter nichtisothermen, mischbaren Fließbedingungen ermöglicht. Ein wichtiges Ziel ist nun die Erweiterung dieses Konzepts auf turbulente Fließbedingungen im atmosphärischen Bereich des Modellgebiets und der Einbeziehung weiterer Prozesse wie solare Stahlung und Infiltration. In diesem Zusammenhang können verschiedene Arten von Interfaces einen starken Einfluss auf die Transferflüsse haben und müssen in Betracht gezogen werden: Fluid-Fluid Grenzflächen, Grenzflächen zwischen verschiedenen porösen Materialien sowie das Interface zwischen ungesättigtem Boden und Atmosphäre. Unsere Vision ist die Entwicklung eines Modells, welches die komplexe Interaktion an diesen Interfaces im Detail abbilden kann und die Simulation und Analyse von Abfolgen von Infiltration und Evaporation ermöglicht. Im Zuge davon werden die hysteretischen Effekte an heterogenen Strukturen und der Einfluss des dynamischen Kapillardrucks auf Austauschflüsse und die Entwicklung der Fluidfront untersucht. Das Modell wird es ermöglichen, die Grenzen der gängigen State-of-the-Art Modelle abzustecken und diese zu erweitern. Ein weiteres Ziel ist die Vorhersagbarkeit von Verdunstungsraten zu verbessern. Die Analyse verschiedener Szenarien soll eine zuverlässige Hilfestellung für eine geeignete Modellreduktion geben, die z.B. für eine verbesserte Modellierung auf der Feldskala notwendig sein kann.

 

Institution:

Universität Stuttgart

Institut für Hydromechanik und Hydrosystemmodellierung

Projektleiter:

Prof. Dr.-Ing. Rainer Helmig

Webseite:

www.hydrosys.uni-stuttgart.de