Die Simulation schwach turbulenter/turbulenter Strömungen mit Auftrieb durch temperatur- oder konzentrationsabhängige Fluiddichte stellt insbesondere in 3D eine Herausforderung dar.
Durch den Ansatz eines Eingleichungsmodells für den Transport der turbulenten kinetischen Energie kann mit COMSOL® Multiphysics® ein CFD Simulationsmodell aufgebaut werden, welches mit dieser Vereinfachung Strömungsprobleme sehr effizient rechnet. Dadurch können auch große Strömungsprobleme in 3D wirtschaftlich analysiert werden, wie z.B. die Soleströmung in einer Doppelkaverne für die soltechnische Gewinnung von Kalisalzen oder die Luftströmung für die Bewetterung in einem Tiebau.
Für die soltechnische Gewinnung von Kalisalzen wird mit dem CFD-Kavernenströmungsmodell unterschiedlichen Fragestellungen nachgegangen. Die oben dargestellte Abbildung zeigt die Verteilung zweier unterschiedlich schwerer Solen bei der Rückverfüllung einer Doppelkaverne mit Prozesssole. Durch die Rückverfüllung mit Prozesssole wird der Kavernenhohlraum für die Speicherung der Prozesssole genutzt bei gleichzeitiger Gewinnung der im Hohlraum verbliebenen Produktionssole.
Durch den Ansatz intelligenter Abstraktionen kann die Strömung in der Doppelkaverne durch einen 2D-Schnitt bei Wahrung der Gesamtbilanz genähert werden. Dies ermöglicht eine sehr effiziente numerische Analyse des Strömungsproblems.
Die 3D-Analyse der Strömung in einer Doppelkaverne zeigt nachfolgende Abbildung. Durch den Ansatz des Eingleichungsturbulenzmodells mit einer Modifikation der Quelle turbulenter kinetischer Energie nach KATO & LAUNDER und einer intelligenten Abstraktion des Zu- und Abflusses kann das Strömungsproblem mit ausreichender Genauigkeit auf einer modernen Workstation analysiert werden.
