Mit PoreChem kann zunächst die Strömung eines Fluides durch ein poröses Medium (siehe Abbildung 1) simuliert werden. Auf dem daraus resultierenden Geschwindigkeitsfeld wird dann der Transport gelöster Stoffe durch Diffusion und Advektion im Porenraum (siehe Abbildung 2) berechnet. Dabei können Reaktionen zwischen den Spezies mit verschiedenen Reaktionskinetiken mitberücksichtigt werden. Diese Reaktionen können sowohl im Fluidvolumen als auch auf der Oberfläche des porösen Mediums stattfinden.
PoreChem ermöglicht direkte numerische Simulationen von:
- Geschwindigkeitsverteilung im Porenraum einer aufgelösten Geometrie einer Mikrofiltrationsmembran
- dem Fluss eines Fluides (kompressibel oder inkompressibel) durch ein poröses Medium auf 3D-Bildern
- dem Transport gelöster Stoffe durch Diffusion oder Advektion im Porenraum
- Reaktionen im Fluid von verschiedenen Partikeltypen auf der Porenskala
- Oberflächenreaktionen mit mehreren verschiedenen Reaktionskinetiken
- Kopplung der Massenanreicherung an den Fluss in porösen Medien
Mit PoreChems hochoptimiertem Löser werden numerische Simulationen direkt auf Volumenbildern aus mikrobildgebenden Verfahren – wie etwa µCT – oder auf virtuellen, mit unsere Partnersoftware GeoDict generierten, Domänen durchgeführt.
Darüber hinaus berechnet PoreChem mehrere wichtige Größen, wie z.B.:
- absorbierte Masse und Konzentration im Fluid als Funktion der Zeit
- die Effizienz funktionalisierter Membranen
- Durchbruchkurven von Schadstoffen
Damit kann PoreChem für viele verschiedene physikalische Fragestellungen zu erwartende experimentelle Ergebnisse numerisch simulieren. Dies reduziert den Bedarf an teuren und zeitaufwändigen Experimenten. Auch kann damit das experimentelle Setup optimiert werden, wie etwa die Porenmorphologie in Filterapplikationen.
Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM
