Entwicklung und numerische Verifizierung eines Modells zur Einbeziehung des Effekts von Phasengrenzflächen bei Mehrphasenströmung in porösen Medien

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Mehrphasenströmungsprozesse in porösen Medien sind in vielen industriellen und Umweltsystemen die entscheidenden Vorgänge. Sie treten in Systemen wie verunreinigten Grundwasserleitern auf, bei der Speicherung des Treibhausgases Kohlendioxid in tiefen geologischen Formationen, bei der Papierherstellung, in der Biomechanik oder in Brennstoffzellen. All diesen Anwendungen ist gemein, dass sie die Bewegung zweier oder mehrerer nicht mischbarer Fluide beinhalten, welche durch eine scharfe Grenzfläche zu anderen Fluidphasen charakterisiert sind. In heutigen mathematischen und numerischen Modellen wird im Allgemeinen eine Form der Systemgleichungen verwandt, die nicht direkt von dieser Grenzfläche abhängt, obwohl sie einen großen Einfluss auf viele Strömungsprozesse hat, darunter Kapillardruckeffekte, Stabilität scharfer Fronten oder auf den Austausch von Masse mit anderen Fluidphasen. Es wurden jedoch einige Modelle entwickelt, die die Grenzfläche als neuen Parameter in die Modellgleichungen miteinbeziehen. Dabei ist es möglich, eine Bilanzgleichung für die Grenzfläche zu formulieren, die im allgemeinen Fall zu einem sehr umfangreichen Gleichungssystem führt und – falls überhaupt – nur schwer handhabbar ist. Ziel dieser Arbeit ist die Quantifizierung des Fehlers und der Folgen der Vernachlässigung der Grenzflächen in herkömmlichen Zweiphasenmodellen. Dafür wird solch ein Standardmodell für Zweiphasenströmung ohne Berücksichtigung von Grenzflächen mit einem Modell, welches Grenzflächen miteinbezieht, verglichen und durch Modifikation der konstitutiven Beziehungen an das Grenzflächenmodell angepasst.