Wärmetransport in der ungesättigten Bodenzone: Entwicklung einer thermischen In-situ-Sanierungstechnologie
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Stuttgart
Inst. für Wasserbau
1997
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THERMISCHEN IN-SITU SANIERUNGSTECHNOLOGIE VON DR.-ING. ARNE FAERBER
INSTITUT FUER WASSERBAU UND WASSERWIRTSCHAFT TECHMISCHE UMIV6HSITAT
DA I:-. 3TAE0T PETEFISENSTR. 13, 64287 DARMSTADT TEL. 0 61 51 /16 21 43 *
FAX: 16 3243 EIGENVERLAG DES INSTITUTS FUER WASSERBAU AN DER UNIVERSITAET
STUTTGART III INHALTSVERZEICHNIS VERZEICHNIS DER HAEUFIGER GEBRAUCHTEN
FORMELZEICHEN IV VERZEICHNIS DER ABBILDUNGEN VI VERZEICHNIS DER TABELLEN
X 1. EINFUEHRUNG 1 1.1 LITERATURUEBERSICHT UEBER THERMISCHE IN-SITU
SANIERUNGSVERFAHREN 2 1.2 MOTIVATION UND ZIELSETZUNG DER VORLIEGENDEN
ARBEIT 4 1.3 GLIEDERUNG DER ARBEIT 6 1.4 VERFAHRENSPRINZIP UND
PHYSIKALISCHE PROZESSE DER THERMISCHEN IN-SITU TECHNOLOGIE 7 2.
GRUNDLAGEN 10 2.1 THERMODYNAMISCHE GRUNDLAGEN 10 2.1.1 GRUNDBEGRIFFE ZUR
THERMODYNAMIK 10 2.1.2 THERMODYNAMISCHE EIGENSCHAFTEN VON
ZWEIPHASEN-EINKOMPO- NENTENSYSTEMEN 12 2.1.3 ZUSTANDSGIEICHUNG IDEALER
GASE 15 2.1.4 EINPHASEN-ZWEIKOMPONENTENSYSTEM WASSER-LUFT 16 2.2
BETRACHTUNGSSKALEN 18 2.3 TRANSPORT VON MASSE UND IMPULS 20 2.3.1
BEWEGUNGSGLEICHUNGEN FUER EINPHASENSYSTEME IM POROESEN MEDIUM 20 2.3.2
STOFFTRANSPORT IN GASEN FUER EINPHASENSYSTEME BEI POROESEN , MEDIEN 22
2.3.3 BEWEGUNGSGLEICHUNGEN FUER ZWEIPHASENSYSTEME IM POROESEN MEDIUM 23
2.4 TRANSPORT VON ENTHALPIE 28 2.4.1 ARTEN DER WAERMEUEBERTRAGUNG 28 2.4.2
ENTHALPIETRANSPORT IM POROESEN MEDIUM 31 3. VERSUCHSAUFBAU UND MESSTECHNIK
FUER DIE LABOREXPERIMENTE 33 3.1 AUFBAU DER VERSUCHSANLAGE FUER
EINDIMENSIONALE LABOREXPERIMENTE .... 33 3.1.1 VERSUCHSSAEULEN UND
SANDFUELLUNGEN 33 3.1.2 VERFAHRENSTECHNISCHE PERIPHERIE 37 3.2 MESSTECHNIK
DER LABOREXPERIMENTE 38 4. PROZESSANALYSE DER DAMPFINJEKTION IN POROESE
MEDIEN 48 4.1 FORMULIERUNG EINES PHYSIKALISCHEN MODELLS FUER DIE
DAMPFINJEKTION IN POROESE MEDIEN 48 4.1.1 AUSSAGEN ZUR STABILITAET DER
TEMPERATURFRONT 50 4.1.2 THEORETISCHE HERLEITUNG DER WAERMETRANSPORT- UND
STROEMUNGSPRO- INHALTSVERZEICHNIS IV ZESSE 53 4.1.3 ENERGETISCHER
WIRKUNGSGRAD DER SATTDAMPFINJEKTION 59 4.2 DIMENSIONSLOSE DARSTELLUNG
DER WAERMEFRONTAUSBREITUNG 59 4.3 GLEICHGEWICHTSBETRACHTUNGEN IM POROESEN
MEDIUM 65 5. EINDIMENSIONALE EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN IM
LABORMASSSTAB 70 5.1 TEMPERATURVERLAEUFE BEI DER DAMPFINJEKTION 70 5.2
SAETTIGUNGSVERLAEUFE BEI DER DAMPFINJEKTION 75 5.2.1 RANDEFFEKTE BEI DER
SAETTIGUNGSMESSUNG NICHTISOTHERMER PROZESSE 75 5.2.2 SAETTIGUNGSVERLAEUFE
BEI DER DAMPFINJEKTION IN TROCKENEN SAND . . 76 5.2.3 SAETTIGUNGSVERLAEUFE
BEI DER DAMPFINJEKTION IN PRIMAERGESAETTIGTEN SAND 85 5.3 DRUCKVERLAEUFE
BEI DER DAMPFINJEKTION 91 5.4 EINDIMENSIONALE EXPERIMENTE ZUR INJEKTION
VON UEBERHITZTEM DAMPF . ... 94 5.5 EINDIMENSIONALE EXPERIMENTE ZUR
LUFTINJEKTION 101 5.5.1 KALTLUFTINJEKTION IN DIE HEISSE SAEULE 101 5.5.2
HEISSLUFTINJEKTION IN DIE KALTE SAEULE 104 6. ZWEIDIMENSIONALE
EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN IM LABORMASSSTAB 109 6.1 AUFBAU DER
VERSUCHSANLAGE FUER ZWEIDIMENSIONALE EXPERIMENTE 109 6.1.1 KUEVETTE UND
SANDFUELLUNGEN 109 6.1.2 VERFAHRENSTECHNISCHE PERIPHERIE UND MESSTECHNIK
110 6.2 EXPERIMENTE ZUR DAMPFINJEKTION IN HOMOGENE SANDFUELLUNG 113 6.2.1
DAMPFINJEKTION UEBER DREI INJEKTIONSSTELLEN IN TROCKENEN SAND . 114 6.2.2
DAMPFINJEKTION UEBER EINE INJEKTIONSSTELLE IN TROCKENEN SAND .. 120 6.2.3
DAMPFINJEKTION UEBER DREI INJEKTIONSSTELLEN IN PRIMAERGESAETTIGTEN SAND 123
6.3 EXPERIMENTE ZUR KALTLUFTINJEKTION IN DIE ERHITZTE SANDFUELLUNG 126
6.4 EXPERIMENTE ZUR DAMPFINJEKTION IN HETEROGENE SANDFUELLUNG 130 7.
DREIDIMENSIONALE EXPERIMENTE IM HALBTECHNISCHEN MASSSTAB 133 7.1 AUFBAU
DER VERSUCHSANLAGE FUER TECHNOLOGIEEXPERIMENTE 133 7.1.1 PLANUNG EINES
VERSUCHSSTANDS MIT HALBTECHNISCHEN ABMESSUN- GEN 133 7.1.2
VERSUCHSBEHAELTER UND SANDSCHUETTUNG 135 7.1.3 VERFAHRENSTECHNISCHE
PERIPHERIE 141 7.1.4 MESSTECHNIK UND DATENERFASSUNG 147 7.2
TECHNOLOGIEEXPERIMENT G03: DAMPFINJEKTION 153 7.2.1 DAMPFMASSENSTROEME
UND INJEKTIONSDRUECKE 154 7.2.2 TEMPERATURVERLAEUFE BEI DER DAMPFINJEKTION
156 7.2.3 WAERMEAUSBREITUNG UND GRUNDWASSERSTROEMUNG 163 7.3
TECHNOLOGIEEXPERIMENT G03L: GASEXTRAKTION 166 7.3.1 MASSENSTROEME UND
EXTRAKTIONSUNTERDRUECKE 166 7.3.2 TEMPERATURVERLAEUFE BEI DER
GASEXTRAKTION 168 7.3.3 ENERGIEFLUESSE 172 INHALTSVERZEICHNIS 7.4
TECHNOLOGIEEXPERIMENT G02: DAMPFINJEKTION 173 7.5 TECHNOLOGIEEXPERIMENT
G02L: GASEXTRAKTION 177 7.5.1 TEMPERATURVERLAEUFE BEI DER GASEXTRAKTION
177 7.6 TECHNOLOGIEEXPERIMENT G06: KOMBINIERTE
DAMPFINJEKTION/GASEXTRAKTION 180 S. PHYSIKALISCHE UND TECHNISCHE ASPEKTE
ZUR ANWENDUNG DER SANIERUNGS- TECHNOLOGIE TUBA 184 8.1 RESUEMEE DER
UNTERSUCHUNGEN FUER DIE IN-SITU-SANIERUNGSTECHNIK 184 8.1.1 VERGLEICH
UNTERSCHIEDLICHER WAERMETRAEGERMEDIEN 184 8.1.2 AUSBREITUNG DER WAERME IM
UNTERGRUND 186 8.2 MOEGLICHE LIMITIERUNGEN UND BEMESSUNGSKRITERIEN DES
TUBA -VERFAHRENS 187 8.2.1 MOBILISIERUNG VON FLUESSIGER SCHADSTOFFPHASE
BEI DER DAMPF- INJEKTION 188 8.2.2 PERMEABILITAET DES UNTERGRUNDES 188
8.2.3 WEITERE BEGRENZENDE FAKTOREN 189 8.3 STRATEGIEN FUER DEN
PRAKTISCHEN FELDEINSATZ DES TUBA -VERFAHRENS 190 8.3.1 KONFIGURATIONEN
DER INJEKTIONS-UND EXTRAKTIONSSTELLEN 190 8.3.2 ENERGETISCHER
WIRKUNGSGRAD DES VERFAHRENS IN DER PRAXIS . . . 192 8.3.3 BETRIEBSARTEN
DER THERMISCH UNTERSTUETZTEN BODENLUFTABSAUGUNG . 194 8.4 PRAKTISCHE
KONZEPTION EINER SANIERUNG MIT DEM H/R4-VERFAHREN .... 196 8.4.2
BERECHNUNGSVERFAHREN 198 9. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 202
LITERATURHINWEISE 207
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