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Pore Scale Simulation of Transport in Porous Media

Fahlke, Jorrit

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Abstract

When performing solute transport in porous media one often observes an asymmetric break-through curve with a very slow decline of the concentration. This phenomenon even appears with non-sorbing solutes and is known as tailing. There are several hypotheses to explain this phenomenon. The modelling is often done using the mobile-immobile model (MIM), which assumes that parts of the solvent are not moving along with the general flow. The solutes can move into these stagnant zones by diffusion which leads to the observed tailing. In this thesis it is checked whether tailing can indeed be explained by stagnant zones, which may result e.g. from dead-end pores or pores perpendicular to the direction of the flow. A program to simulate transport in porous media was developed and verified using several test-problems. An example calculation with a randomly generated porous medium was performed. The resulting break-through curves showed significant tailing.

Translation of abstract (German)

Bei der Durchführung von Stofftransportprozessen in porösen Medien beobachtet man oft eine asymmetrische Durchbruchskurve mit einem sehr langsamen Absinken der Konzentration. Dieses Phänomen tritt selbst bei nicht-sorbierenden Stoffen auf und wird als Tailing bezeichnet. Es gibt mehrere Hypothesen zur Erklärung des Phänomens, eine Modellierung erfolgt oft mit dem Mobile-Immobile-Modell (MIM). Dabei nimmt man an, das ein Teil des Wassers im Boden unbeweglich ist. Stoffe können in diese stagnierenden Zonen diffundieren, was zu dem beobachteten Tailing führt. In dieser Arbeit wird überprüft, ob Zonen langsamen Flusses, wie sie z. B. durch sackgassenartige oder quer zur Fließrichtung liegende Poren entstehen können, tatsächlich als Ursache des Tailings in Frage kommen. Es wurde ein Programm entwickelt, um Transportprozesse auf der Porenskala zu simulieren, welches anschließend anhand verschiedener Testprobleme verifiziert wurde. Bei einer Beispielrechnung, die mit einem einfachen zufällig erzeugten porösen Medium durchgeführt wurde, ließ sich tatsächlich signifikantes Tailing

Item Type: Master's thesis
Date Deposited: 12 Dec 2008 14:54
Date: 2008
Faculties / Institutes: Service facilities > Uni-externe Einrichtungen
The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Environmental Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Finite-Elemente-Methode, Transportgleichung, Bodenphysik, Diskontinuierliche Galerkin-Methode
Uncontrolled Keywords: DUNE (FE-Software) , Mobile-Immobile Modelltransport equation , soil physics , discontiouos galerkin method , DUNE (FE software) , mobile-immobile model
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