This thesis focuses on solutions of reactive transport problems in porous media. The principle mechanisms of flow and reactive mass transport in porous media are investigated. Global implicit approach (GIA), where transport and reaction are fully coupled, and sequential noniterative approach (SNIA) are implemented into the software OpenGeoSys (OGS6) to couple chemical reaction and mass transport. The reduction scheme proposed by Kräutle is used in GIA to reduce the number of coupled nonlinear differential equations. The reduction scheme takes linear combinations within mobile species and immobile species and effectively separates the reaction-independent linear differential equations from coupled nonlinear ones (i.e. reducing the number of primary variables in the nonlinear system). A chemical solver is implemented using semi-smooth Newton iteration which employs complementarity condition to solve for equilibrium mineral reactions. The results of three benchmarks are used for code verification. Based on the solutions of these benchmarks, it is shown that GIA with the reduction scheme is faster (ca. 6.7 times) than SNIA in simulating homogeneous equilibrium reactions and (ca. 24 times) in simulating kinetic reaction. In simulating heterogeneous equilibrium mineral reactions, SNIA outperforms GIA with the reduction scheme by 4.7 times. / Diese Arbeit konzentriert sich auf die numerische Berechnung reaktiver Transportprobleme in porösen Medien. Es werden prinzipielle Mechanismen von Fluidströmung und reaktive Stofftransport in porösen Medien untersucht. Um chemische Reaktionen und Stofftransport zu koppeln, wurden die Ansätze Global Implicit Approach (GIA) sowie Sequential Non-Iterative Approach (SNIA) in die Software OpenGeoSys (OGS6) implementiert. Das von Kräutle vorgeschlagene Reduzierungsschema wird in GIA verwendet, um die Anzahl der gekoppelten nichtlinearen Differentialgleichungen zu reduzieren. Das Reduzierungsschema verwendet Linearkombinationen von mobilen und immobile Spezies und trennt die reaktionsunabhngigen linearen Differentialgleichungen von den gekoppelten nichtlinearen Gleichungen (dh Verringerung der Anzahl der Primärvariablen des nicht-linearen Gleichungssystems). Um die Gleichgewichtsreaktionen der Mineralien zu berechnen, wurde ein chemischer Gleichungslaser auf Basis von ”semi-smooth Newton-Iterations” implementiert. Ergebnisse von drei Benchmarks wurden zur Code-Verifikation verwendet. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Simulation homogener Equilibriumreaktionen mit GIA 6,7 mal schneller und bei kinetischen Reaktionen 24 mal schneller als SNIA sind. Bei Simulationen heterogener Equilibriumreaktionen ist SNIA 4,7 mal schneller als der GIA Ansatz.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa.de:bsz:14-qucosa-197853 |
| Date | 25 February 2016 |
| Creators | Zolfaghari, Reza |
| Contributors | Technische Universität Dresden, Fakultät Umweltwissenschaften, Prof. Dr. Olaf Kolditz, Junior-Prof. Dr. Haibing Shao, Prof. Dr. Olaf Kolditz, Junior-Prof. Dr. Haibing Shao, Prof. Dr. Amir Raoof |
| Publisher | Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
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