Strömungsdynamik und Hydraulik in rauen Gesteinsklüften
Betreuer: Dr. Fabian Nitschke, Prof. Dr. Thomas Kohl
Bearbeiterin: Carola Buness
Das Fließverhalten von Geothermalwässern durch geklüftetes Gestein hat unter anderem Einfluss auf den Druckgradienten und die Wärmeübertragung entlang einer Kluft, was zwei wesentliche Faktoren in geothermischen Reservoiren sind. Dabei werden in der Reservoirmodellierung meistens jedoch vereinfachte Modelle angenommen, die häufig nicht die rauen Gesteinsoberflächen im Detail berücksichtigen, die je nach Verscherung und Rauigkeit Hohlräume (Klüfte) unterschiedlicher, komplexer Geometrien hervorbringen.
Diese Doktorarbeit befasst sich mit der experimentellen sowie numerischen Untersuchung des Fließverhaltens und Transportverhaltens der Geothermalwässer in den komplexen Klüften. Die Experimente werden im vom DFG geförderten F4aT Hydrauliklabor durchgeführt, wo der Einfluss einzelner Parameter auf die Hydraulik und den Fluidtransport untersucht werden. Zu den wichtigsten Parametern gehören: Die Variation der Rauigkeit, die unter anderem durch den Hurst-Exponenten beschrieben werden kann; die Fließrate des Wassers, durch die bei gleicher Kluft laminares zum nicht-laminares Fließverhalten auftreten kann; und die Öffnung der Kluft, durch die der Einfluss kleiner Rauigkeiten unterschiedlich stark ausfallen kann. Die Kombination dieser Parameter kann dabei entscheidend für die Hydraulik im Gestein sein. So können beispielsweise Channeling-Effekte auftreten, wobei der hauptsächliche Fluidtransport nur noch durch einige Kanäle und nicht mehr über die gesamte Kluftfläche führt. Die Analyse solcher Effekte und der unterschiedlichen Parameter ermöglicht ein besseres Verständnis des Fließverhaltens und der Anwendbarkeit der vereinfachten Modelle aus der Reservoirmodellierung.
