Chaotische Advektion in porösen Medien: Die Suche nach experimentellen Beweisen

Description: Das Mischen von Flüssigkeiten ist in vielen Bereichen der Wissenschaft und Technik von größter Bedeutung. In porösen Medien sind Mischprozesse normalerweise ineffizient. Eine Verbesserung der Durchmischung kann potenziell durch eine Verbesserung der Schadstofffahnenverformung durch Dehnung und Faltung des Strömungsfeldes unter Verwendung von Injektions-Extraktions-Systemen oder in Systemen, die von Natur aus eine komplexe instationäre Dynamik aufweisen, wie z.B. die Wirkung von Gezeiten, erreicht werden. Frühere Studien wurden auf mehreren räumlichen Skalen (d.h. Poren-, Darcy-, Feld- und Regionalskala) durchgeführt, wobei hauptsächlich theoretische und Modellierungsansätze verwendet wurden. Experimentelle Studien hingegen, die unterkontrollierten Bedingungen durchgeführt wurden, sind nur spärlich vorhanden. Das vorgeschlagene Forschungsprojekt zielt darauf ab, die Auswirkungen der chaotischen Advektion auf den Transport gelöster Stoffe in gesättigten porösen Medien unter kontrollierten Laborbedingungen experimentell nachzuweisen. Die experimentellen Arbeiten werden von der Entwicklung neuer fortschrittlicher numerischer Methoden begleitet, die in der DUNE-Umgebung (Distributed Unified Numerics Environment) entwickelt werden, um eine genaue modellgestützte Interpretation der Ergebnisse zuermöglichen. Darüber hinaus werden auch multiparametrische Studien durchgeführt, um die realistischen Szenarien zu untersuchen, die den Rahmen von Laborexperimenten sprengen. Dieses Forschungsprojekt ist innovativ, da folgende Punkte untersuchtwerden: 1) Die Auswirkung der nichtlinearen Geschwindigkeitsabhängigkeit der Dispersion und des Nicht-Fick‘schen Transports im Allgemeinen auf die chaotische Advektion; 2) Die Auswirkung der unvollständigen Vermischung auf der Porenskala auf die effektive Vermischungsverstärkung durch chaotische Advektion; 3) Die Auswirkung der Verzögerungs- und Dichteeffekte, die den Transport von gelösten Stoffen chemisch-relevanter Spezies beeinflussen, auf die durch chaotische Advektion erzielte Vermischungsverstärkung; 4) Die Auswirkung der chaotischen Advektion auf reaktiven Transport. Darüber hinaus zielen wir darauf ab, die fehlende Verbindung zwischen den Metriken, die die chaotische Advektion und die Vermischung auf der Darcy-Skalabeschreiben, herzustellen. Dies kann durch eine modellgestützte Interpretation der in diesem Forschungsprojekt gesammelten experimentellen Ergebnisse erreicht werden.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Hydrogeologie ? Szenario ? Gelöste Stoffe ? Dispersion ? Gezeitenströmung ? Hydrochemie ? Limnologie ? Siedlungswasserwirtschaft ? Strömungsfeld ? Studie ? Laborversuch ? Forschungsprojekt ? Advektion ? Hydrologie ? Integrated Water Resources Management ? Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung ? Urban Water Management ? Water Chemistry ?

Region: Bavaria

Bounding boxes: 11.5° .. 11.5° x 49° .. 49°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Department Geographie und Geowissenschaften, Geozentrum Nordbayern, Lehrstuhl für Angewandte Geologie (Projektverantwortung)
• Technische Universität Darmstadt, Institut für Angewandte Geowissenschaften (Mitwirkung)
• Technische Universität München, Zentrum Mathematik, Lehrstuhl für Numerische Mathematik (M2) (Mitwirkung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)
• University of Birmingham, School of Geography, Earth and Environmental Sciences (Mitwirkung)

Time ranges: 2022-01-01 - 2025-08-17

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Chaotic ADvection and Mixing Enhancement in Porous Media: The Quest for Experimental Evidence
  Description: Mixing of fluids is of primary importance in many fields of science and technology. Considering porous media, mixing processes are generally inefficient, but mixing enhancement can be potentially achieved by enhancing plume deformation through stretching and folding engineering the flow field using injection-extraction systems orin systems naturally displaying a complex transient dynamic such as the effect of tides. Previous studies have been performed at multiple scales (i.e. pore-scale, Darcy-scale, field and regional scale) mainly utilizing theoretical and modeling approaches, while experimental studies performed under controlled conditions are sparse. The proposed research aims at providing experimental evidence of the effects of chaotic advection on solute transport in saturated porous media under controlled laboratory conditions. The experimental work will be accompanied by the development of new advanced numericalmethods developed in the DUNE (Distributed Unified Numerics Environment) environment to perform an accurate model-based interpretation of the results. In addition, multi-parametric studies will also be performed in order to explore realistic scenarios which arebeyond the scope of laboratory experiments. This research project is innovative since it will investigate: 1) the effect of non-linear velocity dependence of dispersion and non-Fickian transport on chaotic advection; 2) the effect of incomplete mixing at the pore scale on the effective mixing enhancement due to chaotic advection; 3) the effectof the retardation and density effects affecting solute transport of chemically relevant species on the mixing enhancement achieved through chaotic advection; 4) the effect of chaotic advection on reactive processes. Moreover, we aim at providing a link betweenmetrics describing chaotic advection and mixing at the Darcy scale which is actually missing and it can be achieved using a model-based interpretation of the experimental results collected in this research project. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1138742

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/491075276 (Webseite)

Status

Aktiv

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