Modellierung und Simulation des instationären, mehrdimensionalen Mehrkomponenten-Gastransports in porösen Medien

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Viele Teilprozesse der Verfahrenstechnik finden innerhalb poröser Festkörper statt. Für die Berechnung der Fluidbewegung innerhalb dieser Strukturen finden häufig vereinfachte Modelle auf Grundlage der Maxwell-Stefan-Gleichungen Anwendung. Diese beschreiben jedoch nur die Diffusion sowie überlagerte schleichende Strömungen mit hinreichender Genauigkeit. Sollen zusätzlich auch Bereiche erfasst werden, die das poröse Medium umgeben und in denen häufig komplexere, dreidimensionale Strömungsformen vorherrschen, stehen die Methoden der Computational Fluid Dynamics (CFD) zur Verfügung. Allerdings erfordern in diesem Fall die durch kleine Porenabmessungen hervorgerufenen Mikroströmungen in Verbindung mit der Mehrkomponenten- Gasbewegung neue Modelle, welche in heute verfügbaren CFD-Programmen nicht enthalten sind.Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens soll deshalb ein weitreichendes Modell erarbeitet werden, mit dessen Hilfe instationäre Strömungsformen sowie die Diffusion in mehrkomponentigen Gasgemischen mit hoher Genauigkeit auch für mikroporöse Bereiche abgebildet werden können. Es ist das Ziel des Forschungsvorhabens, das erarbeitete Modell in ein bestehendes CFD-Programm zu implementieren, um damit mehrdimensionale Bewegungen innerhalb komplexer Berandungen abbilden zu können und eine zukünftige Kopplung mit weiteren physikalischen und chemischen Modellen zu ermöglichen. Es soll außerdem so modifiziert und erweitert werden, dass schließlich auch die Darstellung der lokal aufgelösten Bewegung innerhalb meso- und mikroskaliger poröser Strukturen ermöglicht wird.