Experimente zur Bestimmung effektiver Materialeigenschaften und röntgentomographische Untersuchungen der subskaligen Struktur

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... Der neue Ansatz soll für zwei Medien - einen geschütteten Sand und einen natürlichen Boden - auf der Skala von Laborsäulen entwickelt und demonstriert werden. Hierfür werden verschiedene Fluß- und Transportexperimente durchgeführt, welche Daten liefern, mit denen die Ergebnisse der parallel ablaufenden numerischen Simulationen verglichen und interpretiert werden können. Vor diesen Experimenten wird die dreidimensionale Geometrie der Medien mit Röntgentomographen auf der Makro- und auf der Mikroskala gemessen. Dabei wird auf der Makroskala mit einem medizinischen Tomographen die Dichteverteilung in der betrachteten Säule, die Struktur, erfaßt und auf der Mikroskala mit einem Industrietomographen die Geometrie des Porenraumes in kleinen Teilvolumina, also die Texutr. In den so gemessenen Säulen werden anschließend die texturbestimmten effektiven lokalen Materialeigenschaften aus der Simulation der Flüsse im explizit erfaßten Porenraum abgeleitet (Lösen des MehrphasenNavier-Stokes Problems mit Lattice-Boltzmann Methoden). Diese werden den auf der makroskopischen Ebene identifizierten Strukturen zugeordnet, womit die betrachtete Säule auf der Kontinuumsebene definiert ist. Die durchgeführten Fluß- und Transportexperimente werden nun numerisch auf der Basis eines Mehrphasen-Mehrkomponenten-Ansatzes für poröse Medien (Erweitertes Darcy-Gesetz, Kontinuumsbetrachtung) simuliert und die Ergebnisse mit den Meßdaten verglichen. Damit wird die Möglichkeit gegeben sein, die neu gewonnenen Ansätze zu validieren.