Trapping Phänomene bei Zweiphasenströmungen in porösen Medien und deren Modellierung in Upscaling-Verfahren

Description: Das Verständnis von Zweiphasenströmungen in porösen Medien ist von großer Wichtigkeit für Umweltingenieure, die sich mit der Reinigung von kontaminierten Standorten beschäftigen. Heterogeneitäten, die in den meisten natürlichen Böden vorkommen, beeinflussen das Fließverhalten von Mehrphasenströmungen beträchtlich und erschweren damit korrekte Prognoserechnungen. Falls der Untergrund heterogen ist, kann die eindringende nichtbenetzende Phase (Dense Non Aqueous Phase Liquid, DNAPL) an der Grenze zwischen zwei Schichten unterschiedlicher Permeabilität zurückgehalten werden. Dieses Phänomen, was vor allem durch Kapillarkräfte hervorgerufen wird, wurde in Experimenten beobachtet. Das Ziel diese Projektes ist es, ein Mehrphasenmodell zu erstellen und zu untersuchen, das in der Lage ist, diese Effekte richtig zu reproduzieren. Wenn dies gelingt, soll hiermit ein vereinfachtes Modell untersucht werden. Eine Linse in einem homogenen Medium. Zuerst werden stationäre Lösungen des Problems untersucht, in dem DNAPL an der Grenzschicht zurückgehalten wird. Insbesondere ist man dem Zustand interessiert, an dem die maximale Menge DNAPL aufgestaut wird. Als nächstes werden die Untersuchungen auf nicht stationäre Lösungen ausgeweitet. Dies hieraus resultierende Wissen soll dann verwendet werden, um mit Hilfe einer Homogensierung ein Upscaling durchzuführen. Das wichtigste Ziel ist es, eine effektive Gleichung für Zweiphasenströmungen in porösen Medien mit Linsen zu erhalten, die in der Lage ist, die Effekte auf der Mikroskala wiederzugeben. In den letzten Jahren haben Experimente gezeigt, dass die stationären Kapillardruck-Sättigungsbeziehungen die Wirklichkeit nur unzureichend wiederspiegeln. Es wurde deshalb vorgeschlagen, einen zeitabhängigen Term in die Gleichung einzubeziehen. In den meisten Fällen geschieht dies durch Parameter, die so angepasst werden, dass die Experimente numerisch reproduziert werden können. Deshalb besteht ein weiteres Ziel dieser Arbeit darin, herauszufinden, unter welchen Bedingungen diese zeitabhängigen Terme auch im Rahmen eines Homogenisierungsverfahrens auftreten und damit das physikalische Verständnis dieser Terme zu verbessern.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Schadstoffgehalt ? Altlast ? Schadstoffbelastung ? Bodenverunreinigung ? Prognose ? Bodensanierung ? Bodenuntersuchung ? Mathematisches Modell ? Permeabilität ? Schadstoffausbreitung ? Simulation ? Strömungsmodell ? Boden ? Modellierung ? Untergrund ? Grenzschicht ? Kenngröße ? Stofftransport ? Belastungsanalyse ? DNALP ? Dense-Non-Aqueous-Liquid ? Kapillarität ? Porosität ? Rheologie ?

Region: Baden-Württemberg

Bounding boxes: 9° .. 9° x 48.5° .. 48.5°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Kommission der Europäischen Gemeinschaften Brüssel (Finanzielle Förderung)
• Technische Universität Eindhoven, Angewandte Mathematik (Toegepaste Analyse) (Mitwirkung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)
• Universität Stuttgart, Institut für Wasserbau (Projektverantwortung)

Time ranges: 2003-09-01 - 2004-12-31

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Trapping Phenomena for Two-Phase Flow in Porous Media and its representation in Upscaling Procedures
  Description: Two-phase flows in porous media are of utmost importance for environmental engineers trying to remediate sites contaminated with e.g. hydrocarbons in the subsurface. The presence of rock heterogeneities as occurring in most natural formations influence the flow behaviour significantly and hence complicate the computations. If the medium is heterogeneous, trapping of one phase (DNAPL) may occur at interfaces separating two homogeneous layers having different permeabilities. This process, which is mainly due to capillary pressure effects, has been revealed by experiments. The aim of this project is to establish and investigate a multi-dimensional two-phase porous media flow model that includes interface trapping phenomena. Once the model is clearly stated, a simplified situation will be studied: a lens embedded into a homogeneous medium (the cell problem). First we look for steady state solutions where the DNAPL stays trapped at the interface, and in particular we search for a maximal solution that would give the maximal amount of trapped DNAPL. Next we continue our investigations by seeking non-steady solutions of the standard cell problem. This knowledge will be used for a homogenization based upscaling procedure. The main goal is to propose an effective equation for two phase flow in a porous medium that contains many lenses. This model should account for the trapping effects at the micro-scale. In recent years, the necessity for incorporating time-depedent terms in the saturation--capillary pressure--relationship has been proposed. Up to now, most of these relationship are established through experiments and subsequent parameter fitting. Therefore another aim of this research is to investigate the framework in which time dependent terms may occur during a homogenization procedure, and do enhance the physical understanding of this terms. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=85030

Status

Aktiv

Quality score

• Overall: 0.50
• Findability: 0.67

  • Title: 1.00
  • Description: 0.29
  • Identifier: false
  • Keywords: 0.75
  • Spatial: RegionIdentified (1.00)
  • Temporal: true
• Accessibility: 0.67

  • Landing page: Specific (1.00)
  • Direct access: false
  • Publicly accessible: true
• Interoperability: 0.00

  • Open file format: false
  • Media type: false
  • Machine-readable metadata: false
  • Machine-readable data: false
• Reusability: 0.67

  • License: ClearlySpecifiedAndFree (1.00)
  • Contact info: false
  • Publisher info: true

Accessed 1 times.