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Coupled multi-scale modelling of mechanical degradation and transport phenomena in damaging multi-phase geomaterials for environmental applications

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EU-finanzierte Forschung vervollkommnet Porenmodelle

Zur genaueren Vorhersage der Ausbreitung von Fluiden haben EU-finanzierte Wissenschaftler numerische Modelle entwickelt, die deren Strömung im Porenmaßstab simulieren.

Industrielle Technologien

Numerische Simulationen sind gleichermaßen erforderlich, um über mehrere Größenordnungen hinweg Hochrechnungen für Flächen zu erstellen, auf denen Phänomene auftreten, an denen Interesse besteht. Das betrifft zum Beispiel den Transport von Wasser durch Membranen zwecks Wasseraufbereitung und den Stofftransport in Böden und in den Untergrund hinein. Aufgrund der Komplexität der Wechselwirkungen in den Bereichen Industrie und Umwelt ist es schwierig, derartige Transportphänomene zu durchschauen. Das MULTIROCK-Projektteam entwickelte eine Multiskalenmodellierungsstrategie, um den Herausforderungen gerecht zu werden, die sich aus mehreren Größenordnungen ergeben. Der Leerraum poröser Materialien enthält oftmals zwei oder drei Fluidphasen: Flüssigkeiten, Gase und plastische Feststoffe. Poröse Materialien absorbieren Fluide, die sich in deren Körper ausbreiten, wodurch die physikalischen Eigenschaften des verformbaren Körpers beeinflusst werden. Überdies wird die Fluidströmung durch Beschädigungen beeinträchtigt, die durch äußere Belastungen in Verbindung mit Vorgängen wie etwa Korrosion induziert werden. In diesem Zusammenhang wurde ein vielseitiges Rechenverfahren eingesetzt, um die Wirkung des fortschreitenden Abbaus auf die Durchlässigkeit zu untersuchen. Die Porenskalenmodellierung wurde an verschiedene Materialsorten wie etwa Gesteine und Erden mit komplexen Mikrostruktur angepasst. Sobald die MULTIROCK-Wissenschaftler ihre Softwareprogramme zur genauen Modellierung der Flüssigkeitsströmung auf Porenniveau entwickelt hatten, wurden deren Erkenntnisse in makroskopisches Verhalten übersetzt. Die Resultate der Mehrskalenberechnungen gaben die experimentellen Durchlässigkeiten wieder und passten ausgezeichnet zu der in den Prüfständen beobachteten mechanischen Dispersion. Die neuen Verfahren sollen Modellierungen mit Prognosequalität ermöglichen, wobei die Vorhersage der Reaktion eines Systems von praktischem Interesse für technische Anwendungen ist. Die MULTIROCK-Projektresultate werden in einer Reihe von fünf in internationalen, von Experten begutachteten Fachzeitschriften veröffentlichten wissenschaftlichen Arbeiten beschrieben.

Schlüsselbegriffe

Pore, Fluid, Flüssigkeit, numerisches Modell, Membran, Wasserbehandlung, gelöster Stoff, Korrosion, Abbau, Permeabilität, Mikrostruktur, Software

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