Mathematische Modellierung und Simulation von Geo-Prozessen

Geo-Prozesse sind gekoppelte THMC-Prozesse. Sie werden durch gekoppelte partielle Differentialgleichungen mathematisch modelliert. Simulationen sind Experimente mit numerischen Lösungsmodellen.

Geo-Prozesse werden im Wesentlichen durch den gekoppelten Transport von

  • Energie (thermisch und mechanisch) und
  • Masse (im Wesentlichen Fluide)

bestimmt. Diese Prozesse ordnet man gewöhnlich unter die Begriffe

  • thermisch (T)
  • hydraulisch (H)
  • mechanisch (M) 
  • chemisch (C)

ein, in der Gesamtheit werden sie als gekoppelte THMC-Prozesse bezeichnet. Die quantitative Beschreibung von THMC-Prozessen erfordert im Allgemeinen die Lösung eines gekoppelten Systems aus folgenden Erhaltungsgleichungen:

  • Energiebilanz
  • Massenbilanz des bewegten Fluids und seiner Inhaltskomponenten
  • Impulsbilanz des Fluidsystems
  • Impulsbilanz für das mechanische Kräftesystem im Gestein mit seiner starken Ankoppelung an die Temperaturverteilung im Untergrund über induzierte thermomechanische  Spannungen.

Solche Systeme gekoppelter partieller Differentialgleichungen können in der Praxis nur numerisch gelöst werden.

Unter Simulationen verstehen wir Experimente mit numerischen Modellen zur Analyse der abgebildeten Prozesse und ihrer Wechselwirkungen sowie zu Prognosezwecken.

Je nach dem betrachteten System, seinen bestimmenden Skalen und dem Zweck der Simulationen werden von uns adäquate Werkzeuge zur numerischen Modellierung ausgewählt bzw. (weiter)entwickelt. Dies umfasst kommerzielle Software ( z. B. COMSOL, feflow), open source Programme ( z. B. OGS, OPM, MODFLOW), sowie eigene Entwicklungen (z. B. oops!®)