KIS-Grenzflächentracer - Neue "Smart"-Tracertechniken zur Untersuchung der Dynamik von Fluid-Fluid-Grenzflächen in porösen Mehrphasensystemen

• Antragsteller: Professor Dr. Martin Sauter, seit 9/2021; Professor Dr.-Ing. Holger Steeb
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428614366

Das übergeordnete Ziel des Vorhabens ist die Weiterentwicklung der neuen KIS-Grenzflächentracer (kinetic interface sensitive; KIS) zur Untersuchung und Quantifizierung der dynamischen Entwicklung von Fluid-Fluid-Grenzflächen. Der vorliegende Antrag ist eng verbunden mit dem laufenden SFB1313 Projekt der Universität Stuttgart und trägt zu dessen Zielen bei. Im Einzelnen beinhaltet dies die Entwicklung eines besseren Verständnisses dafür, inwieweit Grenzflächen die Strömung, den Stofftransport und Deformationsprozesse in porösen Medien beeinflussen. Mit Laborexperimenten und numerischer Modellierung sollen die hier vorgestellten Arbeiten zur Beantwortung der Frage beitragen, in wie weit die Dynamik von Fluid-Fluid- und Fluid-Feststoff-Grenzflächen in porösen Systemen durch die Porengeometrie, die heterogene Verteilung der Materialeigenschaften und durch die Präsenz von Klüften beeinflusst werden. Es sollen mathematische Modelle entwickelt und eingesetzt werden, die das effektive Verhalten von porösen Medien und der verschiedenen Fluide in Mehrphasensystemen beschreiben, wobei insbesondere der Einfluss der Grenzflächen im Porenmaßstab berücksichtigt werden soll.Wir wollen insbesondere neue und schnelle Verfahren entwickeln, die es erlauben, die Fluid-Fluid-Grenzfläche und deren zeitliche Entwicklung zu messen. Ferner wollen wir das Potenzial der KIS-Tracertechniken für die Parametrisierung der Grenzflächen und die Quantifizierung des Fluid-Fluid-Produktionsterms besser einschätzen können. Letzterer ist von Bedeutung Für die thermodynamischen Mehrphasen Strömungstheorien. Detailziele sind:- Die Verfeinerung der Genauigkeit der bereits entwickelten Methodik sowie die Etablierung der KIS-Tracertechnologie als Charakterisierungstechnik zur Bestimmung von Kapillardruck – Sättigung – Spezifische Grenzfläche (pc-Sw-awn) Beziehungen (WP1).- Die Untersuchung des Einflusses der Porengröße und der Oberflächenrauhigkeit auf die Grenzfläche und den Grenzflächen-Produktionsterm (WP2.1A).- Die Entwicklung einer erweiterten (makroskalig) Grenzflächenbedingung, die die Fluid-Fluid-Grenzfläche berücksichtigt (WP2.1B).- Die Erweiterung der Traceranwendungen von 1D Säulenexperimenten auf 2D homogene und heterogene Systeme in einem 2-D Strömungsfeld (WP2.2A).- Die Anwendung der Befunde auf eine erweiterte Kapillardruck-Sättigung-Grenzflächen Bedingung in einem 2D heterogenen System (WP2.2B).- Die Entwicklung von neuen konzeptionellen, mathematischen und numerischen Modellen, die es erlauben Experimente zu planen und die entsprechenden Ergebnisse zu interpretieren (WP3).- Die Durchführung von Validierungsexperimenten zur Prüfung der mathematischen Modelle (WP4).

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Privatdozent Dr. Nikolaos Karadimitriou
• Ehemaliger Antragsteller: Dr.-Ing. Alexandru Bogdan Tatomir, bis 8/2021