Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.18419/opus-299
Authors: Class, Holger
Title: Models for non-isothermal compositional gas-liquid flow and transport in porous media
Other Titles: Modelle für nichtisotherme Mehrkomponenten-Gas-Flüssigkeits-Strömungs- und Transportprozesse in porösen Medien
Issue Date: 2007
metadata.ubs.publikation.typ: Habilitation
URI: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:93-opus-38475
http://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/316
http://dx.doi.org/10.18419/opus-299
Abstract: Multiphase flow processes in porous media occur in many different fields of applications. One may basically distinguish between natural and technical porous media. A classical porous medium is the natural subsurface while there is still a number of technical porous media where flow and transport plays an important role and for which some basic model concepts developed for subsurface problems can be applied or at least adapted. One such technical porous medium is, for example, the gas diffusion layer of a fuel cell where the porous layer has the purpose of controlling the gas transport from the gas discharge channel to the reaction layer and concurrently the displacement of liquid water that is produced by the reaction. Major subsurface applications treated in this work are contaminant spreading in the saturated and unsaturated zone, thermally enhanced in-situ remediation methods, and the large topic of carbon dioxide storage in deep geologic formations. The latter got recently much attention in the discussions how to mitigate greenhouse gas concentrations and global warming. This work deals in particular with the numerical modeling of gas-liquid flow in porous media, thereby considering non-isothermal and compositional effects. The basic characteristics of the processes and different applications are explained and discussed. The fundamental concepts for the physical and mathematical models are introduced including their specific adaption to certain problems and a brief discussion of numerical solution algorithms. A large chapter presents example applications that illustrate the basic processes and phenomena by simulation results.
Mehrphasenströmungen in porösen Medien sind für eine Vielzahl von umweltrelevanten und technischen Fragestellungen von Bedeutung. Es kann grundsätzlich zwischen natürlichen und technischen porösen Medien unterschieden werden. Als ein klassisches poröses Medium kann der natürliche Untergrund betrachtet werden. Auch für viele technische poröse Medien, bei denen Strömung und Transport eine wichtige Rolle spielen, können einige grundlegende -für Strömungen in porösen Medien entwickelte - Modellkonzepte angewendet bzw. zumindest angepasst werden. Ein solches technischen poröses Medium ist beispielsweise die Gasdiffusionsschicht einer Brennstoffzelle, in der die poröse Schicht die Aufgabe hat, zum einen den Gastransport aus den Gaskanälen zur Reaktionsschicht und zum anderen den Abtransport des während der Reaktion produzierten flüssigen Wassers zu kontrollieren. Zu den wichtigsten Anwendungen im Untergrund, die im Rahmen dieser Arbeit behandelt werden, zählen die Ausbreitung von Schadstoffen in der ungesättigten und der gesättigten Bodenzone, die thermisch-unterstützte in-situ Sanierung solcher verunreinigten Standorte, und das große Thema der Speicherung von Kohlendioxid in tiefen geologischen Formationen. Gerade letzteres erhält derzeit verstärkte Aufmerksamkeit, wird es doch als eine der technisch realisierbaren Möglichkeiten zur Verminderung der Treibhausgasemmissionen diskutiert. Diese Arbeit behandelt insbesondere die numerische Modellierung von Gas-Flüssigkeits-Strömungen in porösen Medien, wobei nichtisotherme und Mehrkomponenten-Effekte besondere Beachtung erhalten. Die grundlegenden Charakteristika der verschiedenen physikalischen Prozesse und deren Anwendungen werden erklärt und diskutiert. Die wesentlichen Konzepte der physikalisch/mathematischen Modellbildung werden vorgestellt. Es wird dabei speziell auf erforderliche Anpassungen für bestimmte Problemstellungen eingegangen. Des Weiteren erfolgt eine kurz gehaltene Diskussionen von benötigten numerischen Lösungsalgorithmen. Ein umfangreiches Kapitel am Ende der Arbeit präsentiert Beispielanwendungen, die dazu dienen, die grundlegenden Prozesse und auftretenden Phänomene durch Simulationsergebnisse zu illustrieren.
Appears in Collections:02 Fakultät Bau- und Umweltingenieurwissenschaften

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