Leipzig 2002 – scientific programme

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UP: Umweltphysik

UP 13: Bodenphysik I

UP 13.3: Talk

Tuesday, March 19, 2002, 15:15–15:30, HS 11

Modellierung von Zweiphasenströmungen (Wasser/Luft) mittels Lattice-Boltzmann Verfahren — •V. Schulz¹, K. Roth¹, D. Pan², M. Hilpert² und C.T. Miller² — ¹Universität Heidelberg — ²University of North Carolina

Die Simulation von Mehrphasenströmungen ist wegen ihres weiten Anwendungsbereiches von großem wissenschaftlichem Interesse. Ein Beispiel hierfür ist die ungesättigten Bodenzone, in der die Systemdynamik stark von dem Wechselspiel zwischen Wasser- und Luftphase geprägt ist. In diesem Zusammenhang ist die Lattice-Boltzmann (LB) Methode ein relativ neues Verfahren, um numerische Lösungen der Stokes Gleichung in porösen Medien zu erhalten. Durch die Berücksichtung einer Wechselwirkung zwischen den einzelnen Fluiden, lassen sich mit der LB Methode auch Mehrphasenströmungen simulieren. Allerdings bereitet diese Modellierung Schwierigkeiten, falls sich die Fluideigenschaften der beteiligten Phasen deutlich unterscheiden. Im Rahmen der vorgestellten Arbeit wurde daher an einem LB Modell untersucht, inwieweit dieses auf Wasser-Luft-System angewendet werden kann.

Ein primäres Ergebnis hierbei war, dass es unabdingbar ist, die Modellparameter Schallgeschwindigkeit, Viskosität und Dichte beider Fluide simultan zu ändern, um ein Mischen der Fluide zu vermeiden. Unter dieser Voraussetzung konnte ein Parametersatz gefunden werden, mit dem sich wichtige Aspekte eines Wasser-Luft-Systems simulieren lassen. Schließlich wurde das Modell an ’einfachen’ Systemen (z.B. kapillare Infiltration) getestet, wobei eine gute Übereinstimmung zwischen Simulation und analytischer Lösungen erziehlt werden konnte.