Kopplung von Rohrströmungsmodell und Mehrphasenströmung - Modellierung von Gasmigration durch poröse Medien und eindimendionale Hohlräume

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Die numerische Simulation von Mehrphasen-Systemen in porösen Medien ist für viele umweltrelevante und technische Anwendungsbereiche von Bedeutung. Oft erschwert aber die Struktur der porösen Matrix die konzeptionelle Modellbildung. Die heterogene Verteilung von Eigenschaften wie Permeabilität/Porosität bereitet hier oft Schwierigkeiten. Dies gilt besonders dann, wenn ausgeprägte Hohlstrukturen das poröse Medium durchziehen bzw. die jeweiligen Strömungen gekoppelt sind. Beispiele hierfür findet man im Bereich des Bergbaus (Schächte, Strecken), der CO2-Speicherung in geologischen Formationen (Abandoned Wells), aber auch bei der Simulation des Wasserhaushalts in Brennstoffzellen (Diffusionsschicht/ Gasverteiler). Das geplante Forschungsvorhaben umfasst die Entwicklung eines Kopplungsansatzes zwischen der Beschreibung der Strömung im porösen Medium (Darcy) und der Strömung in eindimensional ausgeprägten Hohlräumen mit Hilfe von Gleichungen aus der Rohrhydraulik. Zunächst wird dies anhand der Problematik der Methanmigration in stillgelegten Kohlebergwerken erfolgen. Essentiell für den Erfolg des Projekts wird die effektive Handhabung der Datenstrukturen sein, sowie die Interaktion der beiden Systeme hinsichtlich der auf unterschiedlichen Zeitskalen ablaufenden Prozesse und ihrer unterschiedlichen Dimensionalität.