Verfügbarkeit: Direkte und inverse Modellierung reaktiver Transportprozesse in klüftig-porösen Medien

Direkte und inverse Modellierung reaktiver Transportprozesse in klüftig-porösen Medien:

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser:	Habbar, Abderrahmane (VerfasserIn)
Format:	Abschlussarbeit Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Hannover Inst. für Strömungsmechanik und Elektronisches Rechnen im Bauwesen 2001
Schriftenreihe:	Bericht / Institut für Strömungsmechanik und Elektronisches Rechnen im Bauwesen der Universität Hannover 65
Schlagworte:	Transportprozess Poröser Stoff Hochschulschrift
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adam_text	H W B - BIBLIOTHEK INSTITUT FUER STROEMUNGSMECHANU^ 4 UND ELEKTRONISCHES RECHNEN IM BAUWESEN I {/-- DER UNIVERSITAET HANNOVER \| ) \|5C BERICHT NR. 65/2001 SOG- I R V:-C. V^ L M.V.V^RSIS IT DC-RNRV^KV- .U TELEFON 06151 / 1536G9 FAX G6151 / 133.758 ABDERRAHMANE HABBAR DIREKTE UND INVERSE MODELLIERUNG REAKTIVER TY-ANSPORTPROZESSE IN KLUEFTIG-POROESEN MEDIEN I-ILBLLOTHEUE INSTITUT FUEFT WASSERBAU UND WAS3ERW!R18C!IAFT TECMHISOKE UNIVEASIFAT DAM-.SIADT PETERSEMSTR. 13, 84237 DARMSTADT TEL. 06151/162143 FAX: 16 32 43 INHALTSVERZEICHNIS ABSTRACT I ZUSAMMENFASSUNG II VORWORT UND DANKSAGUNG III INHALTSVERZEICHNIS V NOMENKLATUR IX 1 EINFUEHRUNG UND MOTIVATION 1 1.1 GEGENSTAND DER FORSCHUNG 1 1.2 ZIELSETZUNG DER ARBEIT 1 1.2.1 REAKTIVER IRANSPORT, GLEICHGEWICHTS- UND NICHTGLEICHGEWICHTSMODELLE 1 1.2.2 STUDIE MUENCHEHAGEN 2 1.2.3 PARAMETERBESTIMMUNG UND INVERSE MODELLIERUNG 2 1.3 GLIEDERUNG DER ARBEIT 3 2 THEORIE REAKTIVER TRANSPORTPROZESSE 5 2.1 EINFUEHRUNG 5 2.2 PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN DES BODENS 5 2.3 CHEMISCHE EIGENSCHAFTEN DES BODENS 7 2.4 ZERFALL VON SUBSTANZEN 13 2.4.1 RADIOAKTIVER ZERFALL VON SUBSTANZEN 13 2.4.2 BIOLOGISCHER ABBAU VON SUBSTANZEN 15 2.5 SORPTIONSREAKTIONEN UND INTRAPARTIKELDIFFUSION 15 2.5.1 SORPTIONSREAKTIONEN AN FESTSTOFFOBERFLAECHEN 15 2.5.2 SORPTIONSMODELLE 16 2.6 HYSTERESIS 20 2.7 MEHRKOMPONENTENMODELL 21 2.7.1 EINFUEHRUNG 21 2.7.2 GLEICHGEWICHTSREAKTIONEN IN MEHRKOMPONENTENSYSTEMEN 21 2.7.3 NICHTGLEICHGEWICHTSREAKTIONEN IN MEHRKOMPONENTENSYSTEMEN 21 3 MATHEMATISCHE MODELLGLEICHUNGEN 23 3.1 EINFUEHRUNG 23 3.2 GLEICHGEWICHTSREAKTIONEN 25 3.2.1 LINEARE GLEICHGEWICHTSMODELLE 25 3.2.2 NICHTLINEARE GLEICHGEWICHTSMODELLE 26 3.3 NICHTGLEICHGEWICHTSREAKTIONEN 27 3.3.1 PHYSIKALISCHE NICHTGLEICHGEWICHTSMODELLE 27 3.3.2 CHEMISCHE NICHTGLEICHGEWICHTSMODELLE 30 3.4 MEHRKOMPONENTENMODELLE 31 3.5 EIGENSCHAFTEN VON ISOTHERMEN 34 4 NUMERISCHE LOESUNGSMETHODEN 37 4.1 GLEICHGEWICHTSMODELL 37 4.2NICHTGLEICHGEWICHTSMODELL 40 4.2.1 MATHEMATISCHES MODELL ZUR BESCHREIBUNG DER NICHTGLEICHGEWICHTSSORPTION 40 4.2.2 FINITE DIFFERENZEN METHODE (FDM) 40 4.2.3 FINITE ELEMENTE METHODE (FEM) 44 4.2.4 OPERATOR-SPLITTING VERFAHREN 46 4.3 RANDBEDINGUNGEN 48 4.4 NUMERISCHE METHODEN ZUR LOESUNG NICHTLINEARER PROBLEME 50 4.4.1 PICARD-ITERATION 50 4.4.2 NEWTON-VERFAHREN 51 5 BEISPIELE ZUM EINKOMPONENTENMODELL 53 5.1 MODELLANNAHMEN 53 5.2 VERIFIZIERUNG DES GLEICHGEWICHTSMODELLS 53 5.2.11D STOFFTRANSPORT MIT LINEARER GLEICHGEWICHTSSORPTION UND RADIOAKTIVEM ZERFALL 54 5.2.2 1D STOFFTRANSPORT MIT NICHTLINEARER GLEICHGEWICHTSSORPTION ....- 58 5.2.3 VERIFIZIERUNG ANHAND VON LABORVERSUCHEN (STOFFTRANSPORT MIT KATIONENAUSTAUSCH).... 60 5.2.4 2D STOFFTRANSPORT MIT LINEARER GLEICHGEWICHTSSORPTION UND RADIOAKTIVEM ZERFALL 63 5.2.5 2D STOFFTRANSPORT MIT NICHTLINEARER GLEICHGEWICHTSSORPTION 68 5.3 VERIFIZIERUNG DES NICHTGLEICHGEWICHTSMODELLS 72 5.4 PRINZIPBEISPIEL ZUR HYSTERESE 74 6 BEISPIELE ZUM MEHRKOMPONENTENMODELL 77 6.1 ABBAU VON STICKSTOFFVERINDUNGEN IN POROESEN MEDIEN (NITRIFIKATION) 77 6.1.1 NITRIFIKATION (CHO [1971], VAN GENUCHTEN [1985]) 78 6.2 ABBAU ORGANISCHER SCHADSTOFFE (TCE-ABBAU) (KHANDELWAL UND RABIDEAU [1999]) ... 79 6.3 MATRIXDIFFUSIONSPROBLEME 82 6.3.1 VERIFIKATIONSBEISPIEL (TANG ET AL. [1981]) 82 6.4 RADIOAKTIVER ABBAU IN KLUEFTIGEN MEDIEN (SUDICKY AND FRIEND [1984], CORMENZANA [2000]) 86 6.4.1 VERIFIKATION DES NUMERISCHEN MODELLS (SUDICKY AND FRIEND [1984], CORMENZANA [2000]) 87 6.4.2 ERWEITERUNG DES PROBLEMS (GLEICHGEWICHTS* UND NICHTGLEICHGEWICHTSSORPTIONSMODELL) 88 6.5 REAKTIVER TRANSPORT IN THERMOHALINEN STROEMUNGEN 90 6.5.1 WAERMEKONDUKTION 91 6.5.2 WAERMEKONVEKTION 92 6.5.3 WAERMETRANSPORTGLEICHUNG 93 6.5.4 STOFFTRANSPORTGLEICHUNG 94 6.5.5 DICHTEAENDERUNG 95 6.5.6 VISKOSITAETSAENDERUNG 95 6.5.7 GESCHWINDIGKEITSAENDERUNG 95 6.5.8 STUDIE I: ZERFALLSKETTENREAKTIONEN IN THERMOHALINEN STROEMUNGEN 96 6.5.9 STUDIE II: REAKTIVER TRANSPORT IN THERMOHALINEN STROEMUNGEN 106 7 STUDIE MUNCHEHAGEN 109 7.1 ALLGEMEINES 109 7.2 DATENANALYSE ZUR ISOTHERMENBESTIMMUNG 109 7.3 NETZWERKMODELLE 110 7.3.1 MIKROPARTIKELEXPERIMENT 111 7.3.2 NITRATEXPERIMENT 114 7.3.3 MIKROPARTIKELTRANSPORT IN EINEM 3DNETZWERKMODELL 116 8 THEORIE UND NUMERIK INVERSER PROBLEME 119 8.1 EINFUEHRUNG 119 VI 8.2 ZIELSETZUNG DER INVERSEN MODELLIERUNG 119 8.3 MATHEMATISCHE MODELLE 120 8.4 KLASSIFIKATION DER INVERSEN MODELLE 120 8.4.1 DIREKTE METHODEN (DIRECT METHODS) 121 8.4.2 INDIREKTE METHODEN (INDIRECT METHODS) 122 8.5 SENSITIVITAETSANALYSE 122 8.6 METHODEN DER SENSITIVITAETSANALYSE 123 8.7 METHODEN DER INVERSEN MODELLIERUNG (EIN UND MEHRDIMENSIONALE MINIMIERUNGSVERFAHREN) 125 8.7.1 GRUNDBEGRIFFE UND VEREINBARUNGEN 125 8.7.2 EINDIMENSIONALE AUFGABEN 126 8.7.3 MEHRDIMENSIONALE AUFGABEN 128 8.7.4 VERBESSERTE MEHRDIMENSIONALE AUFGABEN 131 8.7.5 GAUSS-NEWTON-VERFAHREN (GAUSS NEWTON METHOD) 132 8.7.6 GAUSS-NEWTON-LEVENBERG-MARQUARDT (GAUSS NEWTON LEVENBERG MARQUARDT METHOD) 134 8.8 ABBRUCHKRITERIEN 135 8.9 REGULIERUNGSMETHODEN 135 8.10 INVERSE PROBLEME FUER GEKOPPELTE PROZESSE (COUPLED INVERSE PROBLEMS) 137 9 BEISPIELE ZUR SENSITIVITAETSANALYSE UND INVERSEN MODELLIERUNG 139 9.1 PRINZIPBEISPIELE ZUR SENSITIVITAETSANALYSE 139 9.1.1 TRANSPORTGLEICHUNG 139 9.1.2 CHEMISCHES NICHTGLEICHGEWICHTSMODELL 143 9.2 BEISPIELE ZUR INVERSEN MODELLIERUNG 147 9.2.1 TESTBEISPIELE 147 9.2.2 METHODENVERGLEICH 150 9.2.3 SAEULENVERSUCHSAUSWERTUNG 151 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 153 LITERATURLISTE 159 ANHANG A ALGORITHMEN UND DATENSTRUKTUREN FUER GEKOPPELTE PROZESSE IN GEOSYSTEMEN 169 ANHANG B ANALYTISCHE LOESUNG ZUM NITRIFIKATIONSPROZESS (CHO [1971], VAN GENUCHTEN [1985]) 191 ANHANG C ISOTHERMEN ORGANISCHER SUBSTANZEN (BATCH-VERSUCHE VON J. MAIER) 195 VII
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