Modeling and analysis of the movement of fluid-fluid interfaces ín porous media coupled with free flow

多孔介质上流体-流体界面运动与自由流动​​的建模和分析

基本信息

项目摘要

In this subproject, we focus on the modeling and interpretation of evaporation from porous media under the influence of atmospheric processes, such as wind and radiation. Within the first project phase, we have developed an REV-scale model concept which allows the coupling of a laminar single-phase free flow and a two-phase porous-medium flow under non-isothermal, compositional flow conditions. An important goal is to extend this concept for turbulent flow conditions in the atmospheric part of the model domain and to include further processes like radiation and infiltration. In this context, different kinds of interfaces may have a strong impact on the transfer fluxes and have to be considered: Fluid-fluid interfaces, interfaces between different porous materials and the interface between unsaturated soil and atmosphere. The vision is to develop a model which can reproduce the complex interaction at these interfaces in detail and which allows the simulation and analysis of sequences of infiltration and evaporation. In this context, the effects of hysteresis at heterogeneous structures and of dynamic capillary pressure on the transfer fluxes and the fluid front evolution will be explored. The model will allow to determine and extend the limits of common state-of-the-art models and to improve the predictability of evaporation rates. Furthermore, different scenarios will be analyzed with respect to the required model complexity aiming at a model reduction and an improved modeling on the field scale.
在这个子项目中,我们专注于在大气过程(如风和辐射)的影响下,模拟和解释多孔介质中的蒸发。在第一个项目阶段,我们开发了一个Rev-Scale模型概念,它允许在非等温、组成的流动条件下耦合层流单相自由流动和两相多孔介质流动。一个重要的目标是将这一概念扩展到模型区域的大气部分的湍流条件,并包括进一步的过程,如辐射和渗透。在这种情况下,不同类型的界面可能对迁移通量有很大的影响,因此必须考虑:流体-流体界面、不同多孔材料之间的界面以及非饱和土壤和大气之间的界面。我们的愿景是开发一种模型,能够详细地再现这些界面上的复杂相互作用,并允许模拟和分析渗透和蒸发序列。在此背景下,将探讨非均质结构的滞后和动态毛细压力对传质通量和流体前沿演化的影响。该模型将允许确定和扩展常见最先进模型的限制,并提高蒸发率的可预测性。此外,将针对所需的模型复杂性分析不同的情景,以期在实地范围内减少模型和改进建模。

项目成果

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Modeling and analysis of coupled porous-medium and free flow with application to evaporation processes
耦合多孔介质和自由流动的建模和分析及其在蒸发过程中的应用
  • DOI:
    10.18419/opus-519
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    K. Mosthaf
  • 通讯作者:
    K. Mosthaf
Numerical scheme for coupling two-phase compositional porous-media flow and one-phase compositional free flow
耦合两相复合多孔介质流和一相复合自由流的数值方案
  • DOI:
    10.1093/imamat/hxs048
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.2
  • 作者:
    Mosthaf;Flemisch;Helmig;Müthing;B. Wohlmuth
  • 通讯作者:
    B. Wohlmuth
Modeling and analysis of evaporation processes from porous media on the REV scale
REV 尺度多孔介质蒸发过程的建模和分析
  • DOI:
    10.1002/2013wr014442
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Mosthaf;Helmig
  • 通讯作者:
    Helmig
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