Dieses Bild zeigt Mikrocomputertomografie -Aufnahme eines porösen Mediums mit zwei Fluidphasen.

Sonderforschungsbereich 1313

Wie Fluide sich in porösen Medien ausbreiten

Der Sonderforschungsbereich „Grenzflächengetriebene Mehrfeldprozesse in porösen Medien“ widmet sich den Strömungs-, Transport- und Deformationsprozessen von Flüssigkeiten und Gasen in porösen Materialien.

Wie Flüssigkeiten oder Gase (Fluide) sich in porösen Medien wie etwa Gestein ausbreiten und zu welchen Deformationen es dabei kommt, spielt in sehr vielen Anwendungsbereichen eine Rolle. Beispiele dafür sind die Optimierung von Brennstoffzellen, die Speicherung von Kohlenstoffdioxid oder Methan im Untergrund, die Voraussage von Hangrutschen nach starkem Regen oder der Transport von Medikamenten im menschlichen Gewebe.

Der Sonderforschungsbereich (SFB) 1313 hat sich zum Ziel gesetzt, ein grundlegendes Verständnis darüber zu entwickeln, wie die Grenzflächen - zum Beispiel zwischen zwei Fluiden oder zwischen dem Fluid und einem Feststoff - Strömung, Transport und Deformation in porösen Medien beeinflussen. Hierfür soll zum einen quantifiziert werden, welchen Einfluss Faktoren wie die Porengeometrie, die Heterogenität und Risse des porösen Mediums auf die Dynamik der Strömungsprozesse ausüben. Zum anderen sollen mathematische und numerische Modelle entwickelt werden, mit denen sich die Auswirkungen von Prozessen, die auf sehr viel kleineren Skalen stattfinden, in Strömungssimulationen integrieren lassen.

Forschungsschwerpunkte

Im Zentrum der Forschung stehen drei repräsentative Bereiche. Projektbereich A behandelt komplexe Austauschvorgänge von Masse, Impuls und Energie an der Grenze von porösem Medium und Luftströmungen, wie sie beispielsweise auftreten, wenn Wasser in der Luft verdampft. Projektbereich B thematisiert komplexe Riss- und Versagensvorgänge in porösen Medien. Projektbereich C bearbeitet Veränderungen im Porenraum aufgrund von Prozessen an der Grenzfläche zwischen Fluid- und Feststoffphase. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn Salz im Boden ausfällt und sich die Porenräume dadurch verkleinern, so dass es zu Verdrängungsprozessen kommt.

Die Forschung kombiniert mathematische und numerische Modellbildung mit mehrskaligen, bildgestützten Experimenten. In einem weiteren, übergeordneten Projektbereich D wird es darum gehen, die Simulations- und experimentellen Ergebnisse zu visualisieren, die Modelle zu validieren und Multi-Physik- und Multi-Skalen-Simulationsumgebungen zu koppeln. Zudem soll im Rahmen des SFB eine neue Graduiertenschule eingerichtet werden.

Sprecher

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Rainer Helmig
Fakultät Bau- und Umweltingenieurwissenschaften
Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung
Lehrstuhl für Hydromechanik und Hydrosystemmodellierung
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Am 11. Juni hält Prof. Dr.-Ing Rainer Helmig einen Vortrag zum Thema "Grundwasser im Spannungsfeld konkurrierender Nutzungen des Untergrundes". Der Vortrag findet im Rahmen der Ringvorlesung „Wasser – Lebensraum, Sehnsuchtsort, Ressource“. Die Ringvorlesung führt Aspekte unseres Umgangs mit Wasser, seiner Deutung wie wissenschaftlichen Erforschung aus den unterschiedlichsten Wissensgebieten zusammen.

Der Untergrund wird in vielschichtiger Weise genutzt, wobei die jeweiligen Nutzungsziele zum Teil in großem Widerspruch zueinander stehen. Auf der einen Seite stellt der Untergrund mit den Grundwassersystemen den nicht nur für Baden-Württemberg wichtigsten Trinkwasserspeicher mit der höchsten Trinkwasserqualität dar. Auf der anderen Seite dient er in vielfältiger Weise als Speichermedium oder sogar als End- oder Zwischenlager für Abfälle, kontaminierte oder natürliche Stoffe. Dazu gehört in jüngster Zeit auch die Speicherung von Gasen wie Kohlendioxid zur Reduktion von Klimagasen in der Atmosphäre. 

Sonderforschungsbereiche der Universität Stuttgart

In den auf bis zu zwölf Jahren angelegten Sonderforschungsbereichen (SFB) bearbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler fächerübergreifende, anspruchsvolle und aufwändige Forschungsvorhaben gemeinsam. Unterschieden werden ortsgebundene SFB, die an einer Hochschule angesiedelt sind, und so genannte Transregios (SFB-TRR), die mehrere Hochschulstandorte gemeinsam tragen.

Derzeit sind an der Universität Stuttgart vier Sonderforschungsbereiche und drei Transregios angesiedelt. An drei weiteren SFB und zwei Transregios ist die Universität maßgeblich beteiligt. Dazu kommen vier laufende DFG-Graduiertenkollegs mit Sprecherfunktion, zwei DFG-Schwerpunktprogramme sowie eine Vielzahl an Forschergruppen.