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THMC-Simulation

Modellierung gekoppelter thermischer, hydraulischer, mechanischer und chemischer (THMC-)Prozesse

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. Ein Aspekt ist daher die Nutzbarmachung und Pflege von Programmsystemen (z. B. Rockflow-LUH, Geosys, Mufte-UG, Feflow, FLAC2D, SHEMAT, TOUGH, CodeBright etc.) zur Berechnung des Fluid- und Wärmetransports. Diese Codes wurden zum Teil noch nur in der Forschung, zum Teil als kommerzielle Produkte erzeugt.

Die wissenschaftliche Arbeit erfordert es eigentlich, an jeder Stelle den Prozess der Modellierung zu hinterfragen und gegebenenfalls korrigieren zu können. Insbesondere erfordert dies den Zugang zum Quellcode, dessen Modifizierung bei kommerziellen Produkten natürlich nur erkauft werden kann. Ein weiterer Aspekt der Modellierungsrealität ist es, dass viele Bereiche bereits mit entsprechenden Produkten abgedeckt werden, die aber eben aufgrund ihrer Entwicklungsgeschichte ihre konzeptionellen Grenzen haben. Um diese Grenzen für neue Aufgaben zu überwinden, werden vielfach Kopplungen solcher Codes über Ein-/Ausgabedateien bzw. APIs verwendet. Für die Praxis spielt aber bei gegebener Rechentechnik letztendlich auch die Performance des zur Anwendung kommenden Codes eine bedeutende Rolle. Diese ist aber nur in einem System zu optimieren, dessen Elemente von vornherein aufeinander abgestimmt sind.

Anwendung in der Geothermie

In der Geothermie wird dieser Ansatz intensiv verfolgt, er wird aber auch für verschiedene andere Bereiche mit ähnlichen zugrundeliegenden geophysikalischen Prozessen angewandt: neben der Geothermie auch CCS und Kohlebrände. Dies ist insbesondere deshalb notwendig, weil in der Tiefengeothermie, insbesondere bei der Hydrogeothermie, alle vier Teilgebiete eine bedeutende Rolle spielen. Dies gilt insbesondere auch für "C", also chemische Reaktionen zwischen Fluiden und Umgebungsgestein.

Zu TMHC-Simulation siehe auch Simulation (Physik).