Simulation von Mehrphasenvorgängen in porösen Medien unter Einbeziehung von Hysterese-Effekten:
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Stuttgart
Inst. für Wasserbau
1999
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EINBEZIEHUNG VON HYSTERESE-EFFEKTEN VON DR.-ING. HUSSAM SHETA
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UNIVERSITAET DAIIMSTADT PETERSENSTH. 13, 84287 DARMSTADT TEL. 08161/16
2143 * FAX: 16 32 43 EIGENVERLAG DES INSTITUTS FUER WASSERBAU AN DER
UNIVERSITAET STUTTGART INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG 1 1.1
PROBLEMSTELLUNG UND ZIELSETZUNG 1 1.2 GLIEDERUNG DER ARBEIT 5 1.3
LITERATURUEBERSICHT 7 2 GRUNDLAGEN DER MEHRPHASENSTROEMUNG 10 2.1
EINLEITUNG 10 2.2 KAPILLARITAET 11 2.2.1 KAPILLARITAET BEI MIKROSKALIGER
BETRACHTUNGSWEISE 11 2.2.2 KAPILLARITAET BEI MESOSKALIGER
BETRACHTUNGSWEISE (ZWEIPHASENSYSTEM) 14 2.2.3 KAPILLARITAET BEI
MAKROSKALIGER BETRACHTUNGSWEISE (DREIPHASENSYSTEM) 33 2.3 RELATIVE
PERMEABILITAET 37 2.3.1 RELATIVE PERMEABILITAET BEI MIKROSKALIGER
BETRACHTUNGSWEISE 37 2.3.2 RELATIVE PERMEABILITAET BEI MESOSKALIGER
BETRACHTUNGSWEISE (ZWEI- PHASENSYSTEM) 37 2.3.3 RELATIVE PERMEABILITAET
BEI MAKROSKALIGER BETRACHTUNGSWEISE (DREI- PHASENSYSTEM) 50 2.4
MATHEMATISCH-NUMERISCHE BESCHREIBUNG DER MEHRPHASENSTROEMUNG 52 2.4.1
KONTINUITAETSGLEICHUNG 52 2.4.2 FLIESSGESETZ VON DARCY 54 2.4.3
ERWEITERUNG DES FLIESSGESETZES FUER MEHRPHASENSTROEMUNGEN 55 2.4.4
NUMERISCHE DISKRETISIERUNG 56 M 3 GRUNDLAGE DER HYSTERESE 60 3.1
HYSTERESE AUF DER MIKROSKALA 60 3.2 HYSTERESE AUF DER MESOSKALA
(ZWEIPHASENSYSTEM) 63 3.2.1 KAPILLARDRUCK-SAETTIGUNGS-HYSTERESE 66 3.2.2
RELATIVE PERMEABILITAET-SAETTIGUNGS-HYSTERESE I. . . 77 3.3 HYSTERESE AUF
DER MESOSKALA (DREIPHASENSYSTEM) 78 3.3.1
KAPILLARDRUCK-SAETTIGUNGS-HYSTERESE 78 3.3.2 RELATIVE
PERMEABILITAET-SAETTIGUNGS-HYSTERESE 84 3.4 ENTWICKLUNG EINES
HYSTERESE-KONZEPTES FUER DAS NUMERISCHE MODELL MUFTE-UG 87 3.4.1
ZWEIPHASEN-MODELL 87 3.4.2 DREIPHASEN-MODELL 89 4 PHYSIKALISCHE
GRUNDLAGEN ZUM EINDRINGVERHALTEN VON NAPL IN HETERO- GENEN POROESEN
MEDIEN 90 4.1 EINDRINGBEDINGUNGEN AUF DER MIKROSKALA 90 4.2
EINDRINGBEDINGUNGEN AUF DER MESOSKALA 94 4.3 EINDRINGBEDINGUNGEN AUF DER
MAKROSKALA 98 5 VERIFIZIERUNG DES NUMERISCHEN MODELLS 100 5.1 EINLEITUNG
100 5.2 ZWEIPHASENSTROEMUNGEN MIT GRAVITATIONSEINFLUSS 100 5.2.1
ANALYTISCHE LOESUNG NACH ROGERS ET AL 100 IV 5.2.2 VERGLEICH MIT
NUMERISCHER SIMULATION 108 5.3 ZWEIPHASENSTROEMUNGEN UNTER
BERUECKSICHTIGUNG VON HYSTERESE-EFFEKTEN . . . 112 5.3.1 EXPERIMENT I
(HAUPTDRAINAGE- UND ERSTE SEKUNDAERIMBIBITIONSKURVE) 112 5.3.2 EXPERIMENT
II (SEKUNDAERDRAINAGE- UND -IMBIBITIONSKURVEN) 116 5.4
DREIPHASENSTROEMUNGEN UNTER BERUECKSICHTIGUNG VON HYSTERESE-EFFEKTEN . . .
120 6 NUMERISCHE SIMULATION EINES VEGAS-EXPERIMENTES UNTER BERUECKSICH-
TIGUNG VON HYSTERESE-EFFEKTEN IN DER GESAETTIGTEN ZONE 127 6.1
PROBLEMSTELLUNG UND ZIELSETZUNG DES EXPERIMENTES 127 6.2 NUMERISCHE
SIMULATION ZUR VORDIMENSIONIERUNG DES EXPERIMENTES 130 6.3 EXPERIMENT
UND NUMERISCHE SIMULATION 137 6.3.1 EXPERIMENTVERLAUF UND-ERGEBNISSE 137
6.3.2 NUMERISCHE SIMULATION 148 6.3.3 EFFEKT DER HYSTERESE 163 6.3.4
ZUSAMMENFASSUNG 164 7 NUMERISCHES EXPERIMENT ZU DREIPHASENSYSTEMEN UNTER
BERUECKSICHTI- GUNG VON HYSTERESE-EFFEKTEN 165 7.1 ZIELSETZUNG DES
EXPERIMENTES 165 7.2 EXPERIMENT UND NUMERISCHE SIMULATION 166 7.2.1
MODELLAUFBAU .166 7.2.2 NUMERISCHES EXPERIMENT 167 7.2.3 NUMERISCHE
ERGEBNISSE 172 8 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 180 V
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