Horizontalkavernen sind eine Alternative für die soltechnische Gewinnung von Evaporiten (z.B. Stein- und Kalisalze) aus geringmächtigen Salzflözen. Dazu wird aus einer abgelenkten Bohrung horizontal in das Salzflöz gebohrt. In die unausgebaute horizontale Bohrung wird der Solstrang eingeführt.
Die Modellvorstellung geht davon aus, dass sich vor dem Stoß (Fläche der Salzlösung) eine mehr oder weniger mächtige poröse Matrix bildet. Beim nichtselektiven Solen entsteht dieser Porenraum aus dem nicht löslichen Rückstand. Beim selektiven Solen wird der Porenraum durch die nicht gelösten Salze gebildet.
Für die numerische Simulation des Solprozesses in Horizontalkavernen wurde mit COMSOL Multiphysics® ein CFD Kavernenströmungsmodell aufgebaut. Das Modell berücksichtigt:
- die Dichte beeinflusste Soleströmung durch die poröse Matrix und den freien Strömungsraum (laminar/turbulent),
- den Transport mehrerer Salzkomponenten mit Lösekinetik und Sättigungsgleichgewichten,
- die numerische Ermittlung der Fluiddichte als Funktion der Temperatur und der Konzentrationen der Salzkomponenten,
- den Wärmetransport in der Kaverne mit erforderlicher Lösungswärme und dem Wärmeaustausch mit dem Gebirge.
Hochspezialisierte Lösungsansätze ermöglichen eine wirtschaftliche Simulation und Analyse des quasi-stationären Zustandes. Als Turbulenzmodell kommt das k-eps-Modell mit Dichte induzierter turbulenter kinetischer Energie zur Anwendung. Die Dichteberechnung berücksichtigt die Salzkomponenten NaCl, KCl, MgCl2, Na2SO4, K2SO4 und MgSO4.