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Cluster: Materialien und Geoprozesse

Britta Nestler
Cluster: Materialien und Geoprozesse
Ansprechpartner:

Prof. Dr. rer. nat. Britta Nestler

Links:
Projektgruppe:

Prof. Dr. Britta Nestler

Prof. Dr. Thomas Kohl

Prof. Dr. Jochen Kolb

Dr. Dietmar Kuhn

Dr. rer. nat. Roman Zorn

Prof. Dr. Christoph Hilgers

Cluster-Sprecherin: Prof. Dr. Britta Nestler
Name Titel Tel. E-Mail
Prof. Dr. rer. nat. +49 721 608-45310 britta nestlerBnl1∂kit edu

Cluster Ansprechpartner
Name Titel Tel. E-Mail
Prof. Dr. +49 721 608-42139 christoph hilgersYoo5∂kit edu
Dr. +49 721 608-45047 maziar gholamikorzaniZna4∂kit edu
M.Sc. +49 721 608-45022 nishant prajapatiJld0∂kit edu
Dr.-Ing. +49 721 608-47987 daniel schneiderAud1∂kit edu
Dr.-Ing. +49 721 608-45311 michael selzerKgz5∂kit edu
Dr.   roman zornTew1∂eifer uni-karlsruhe de

Cluster: Materialien und Geoprozesse Fluid-Rock Interaction

Beschreibung

Prozesssimulation spielt eine entscheidende Rolle für eine effiziente, sichere und nachhaltige Konstruktion und Nutzung von Geothermie-Kraftwerken. Sie ist ein unverzichtbares Werkzeug für das Verständnis der komplexen thermischen, hydraulischen, mechanischen und chemischen Prozesse (THMC) in geklüfteten kristallinen Reservoiren.

Die Forschungsarbeiten in diesem Cluster haben das Ziel, den Einfluss der 3-D Kluftgeometrie und der Oberflächenstruktur auf die Strömungseigenschaften, den Druckverlust und die Wärmeübertragungsrate eines Multiphasenfluids in multiphysikalischen Simulationen der Fluidmechanik sowie des Stofftransports und Wärmeübergangs zu untersuchen.

Die Materialmodelle erlauben auf Basis hydrothermaler Berechnungen eine Beschreibung der Mineralausfällungen und Kristallisationsprozesse an den Kluftoberflächen und eine Vorhersage der dadurch bedingten Veränderungen von Öffnungsweite und Durchlässigkeit der Klüfte.

 

 

 

 

Zirkulierende Fluide in EGS-Systemen befinden sich nicht im Gleichgewicht mit den in-situ-Bedingungen bezüglich Druck, Temperatur und chemischer Zusammensetzung. Komplexe Fluid-Gesteinswechselwirkungen betreffen Reaktionen der Minerallösung und -fällung und führen zu:

  • langfristigen Veränderungen in der Reservoirhydraulik,

  • der Mobilisierung von reservoirspezifischen natürlich vorkommenden chemotoxischen und radiotoxischen Elementen.

 

Geothermische Energiesysteme

Als zentraler Teil des Topics "Geothermische Energiesysteme" fokussiert sich der Cluster u.a. auf das artefaktfreie geochemische Monitoring und die Analyse der zirkulierenden Fluide, die thermodynamische und kinetische Beschreibung des Thermalwassers einschließlich der Vorhersage von Mineralfällung sowie das mechanische Verständnis technischer Lösungen wie der Anwendung von Inhibitoren, um Scalings zu verhindern.

Mit Hilfe dieses Ansatzes wird die Nachhaltigkeit von EGS-Systemen verbessert und die Betriebskosten sowie Entsorgungskosten von Abfallstoffen werden minimiert.

 

Materialbeständigkeit in Geothermiekraftwerken und Korrosionsprozesse

Die Materialbeständigkeit in Geothermiekraftwerken ist aufgrund starker chemischer und mechanischer Belastung durch das aggressive Thermalwasser großen Herausforderungen unterworfen. Materialkorrosion metallischer Baumaterialien ist deshalb von großer Bedeutung für die Kraftwerksbetreiber. Eine vernünftige Materialwahl und ingenieurstechnischer Korrosionsschutz kann die Kraftwerksverfügbarkeit erhöhen und die Betriebskosten minimieren. Deshalb ist es ein weiteres Ziel des Clusters, Korrosionsprozesse im Kraftwerksbetrieb zu minimieren.

 

 

 

Veröffentlichungen


2018
Anisotropy and flow channeling with shearing in rough self-affine single fractures.
Marchand, S.; Selzer, M.; Mersch, O.; Schoenball, M.; Nitschke, F.; Schmittbuhl, J.; Nestler, B.; Gaucher, E.; Kohl, T.
2018. 6th European Geothermal Workshop (EGW 2018), Straßburg, Frankreich, 10.–11. Oktober 2018
Hydraulic anisotropy in simulated sheared fractures: a statistical analysis with comparison of aperture determination methods.
Marchand, S.; Selzer, M.; Mersch, O.; Schoenball, M.; Nitschke, F.; Schmittbuhl, J.; Nestler, B.; Gaucher, E.; Kohl, T.
2018. EGU General Assembly (2018), Wien, Österreich, 8.–13. April 2018
lnfluence of fluid flow on morphological evolution of seaweed structures: A phase-field model [in press].
Veluvali, P. L.; Wang, F.; Selzer, M.; Ankit, K.; Nestler, B.
2018. Computational materials science
Multiphase-field model of small strain elasto-plasticity according to the mechanical jump conditions.
Herrmann, C.; Schoof, E.; Schneider, D.; Schwab, F.; Reiter, A.; Selzer, M.; Nestler, B.
2018. Computational mechanics, 62 (6), 1399–1412. doi:10.1007/s00466-018-1570-0
Three-Dimensional Phase-Field Investigation of Pore Space Cementation and Permeability in Quartz Sandstone.
Prajapati, N.; Selzer, M.; Nestler, B.; Busch, B.; Hilgers, C.; Ankit, K.
2018. Journal of geophysical research / Solid earth, 123 (8), 6378–6396. doi:10.1029/2018JB015618
An elasto-chemical phase-field model for isotropic solids.
Tschukin, O.; Schneider, D.; Nestler, B.
2018. European journal of mechanics / A, 73, 181–191. doi:10.1016/j.euromechsol.2018.06.014
Modeling fracture cementation processes in calcite limestone: a phase-field study.
Prajapati, N.; Selzer, M.; Nestler, B.; Busch, B.; Hilgers, C.
2018. Geothermal Energy, 6 (1), 7. doi:10.1186/s40517-018-0093-4
Perspectives on material modelling: Porous and particle-based microstructures.
Nestler, B.; August, A.; Selzer, M.; Hötzer, J.; Kellner, M.; Prajapati, N.; Rehn, V.; Seiz, M.
2018. Ceramic applications, 6 (1), 73–77
2017
Concepts of modeling surface energy anisotropy in phase-field approaches.
Tschukin, O.; Silberzahn, A.; Selzer, M.; Amos, P. G. K.; Schneider, D.; Nestler, B.
2017. Geothermal Energy, 5 (1), Art.Nr. 19. doi:10.1186/s40517-017-0077-9
Phase-field study on the formation of first-neighbour topological clusters during the isotropic grain growth.
Perumal, R.; Kubendran Amos, P. G.; Selzer, M.; Nestler, B.
2017. Computational materials science, 140, 209–223. doi:10.1016/j.commatsci.2017.08.043
Computational modeling of calcite cementation in saline limestone aquifers : a phase-field study.
Prajapati, N.; Selzer, M.; Nestler, B.
2017. Geothermal Energy, 5 (1), Art. Nr.: 15. doi:10.1186/s40517-017-0072-1
Large-scale multiphase-field simulations of microstructures.
Nestler, B.
2017. Mechanikkolloquium, RWTH Aachen, Germany, 2017
On stress and driving force calculation within multiphase-field models : Applications to martensitic phase transformation in multigrain systems.
Schneider, D.; Schoof, E.; Schwab, F.; Herrmann, C.; Selzer, M.; Nestler, B.
2017. 4th GAMM Workshop on Phase Field Modeling, RWTH Aachen University, Germany, 2nd - 3rd February 2017
Integrated Research as Key to the Development of a Sustainable Geothermal Energy Technology.
Meller, C.; Bremer, J.; Ankit, K.; Baur, S.; Bergfeldt, T.; Blum, P.; Canic, T.; Eiche, E.; Gaucher, E.; Hagenmeyer, V.; Heberling, F.; Held, S.; Herfurth, S.; Isele, J.; Kling, T.; Kuhn, D.; Mayer, D.; Müller, B.; Nestler, B.; Neumann, T.; Nitschke, F.; Nothstein, A.; Nusiaputra, Y.; Orywall, P.; Peters, M.; Sahara, D.; Schäfer, T.; Schill, E.; Schilling, F.; Schröder, E.; Selzer, M.; Stoll, M.; Wiemer, H.-J.; Wolf, S.; Zimmermann, M.; Kohl, T.
2017. Energy technology, 5 (7), 965–1006. doi:10.1002/ente.201600579
Experimental and numerical investigation of drop evaporation depending on the shape of the liquid/gas interface.
Schweigler, K. M.; Ben Said, M.; Seifritz, S.; Selzer, M.; Nestler, B.
2017. International journal of heat and mass transfer, 105, 655–663. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.10.033
Surface rippling during solidification of binary polycrystalline alloy : Insights from 3-D phase-field simulations.
Ankit, K.; Xing, H.; Selzer, M.; Nestler, B.; Glicksman, M. E.
2017. Journal of Crystal Growth, 457, 52–59. doi:10.1016/j.jcrysgro.2016.05.033
2016
Three-dimensional phasefield investigation of pore-space and permeability in sandstone.
Prajapati, N.; Ankit, K.; Nestler, B.; Schmidt, C.; Hilgers, C.
2016. American Geophysical Union (AGU) Fall Meeting 2016, San Francisco, California, 12th - 16th December 2016
Threedimensional phasefield investigation of pore space cementation and permeability in quartz sandstone.
Prajapati, N.; Ankit, K.; Selzer, M.; Nestler, B.; Schmidt, C.; Hilgers, C.
2016. Workshop "Geothermische Fluide in Salinaren Systemen", KIT- Karlsruhe, Germany, 2016
Evolution von Mikroporen in Kristallen mit hexagonaler Gitteranisotropie.
Schneider, D.; Langerome, B.; Selzer, M.; Reiter, A.; Nestler, B.
2016. Forschung aktuell, 36–38
Threedimensional phasefield investigation of pore space cementation and permeability in quartz sandstone.
Prajapati, N.; Ankit, K.; Selzer, M.; Nestler, B.; Schmidt, C.; Hilgers, C.
2016. AGU 2016 : American Geophysical Union, San Francisco, California, 12th - 16th December 2016
On stress and driving force calculation within phase-field models : Applications to martensitic phase transformation and crack propagation in multiphase systems.
Schneider, D.; Schoof, E.; Tschukin, T.; Schwab, F.; Selzer, M.; Nestler, B.
2016. Interdisziplinäres Seminar Mathematik und Mechanik, Kaiserslautern, Deutschland, 2016
Phase-field modeling of crack propagation in multiphase systems.
Schneider, D.; Schoof, E.; Schwab, F.; Selzer, M.; Nestler, B.
2016. EMMC15 : 15th European Mechanics of Materials Conference, Brussel, Belgium, 7th - 9th September 2016
Phase-field modeling of crack propagation in multiphase systems.
Schneider, D.; Schoof, E.; Schwab, F.; Selzer, M.; Nestler, B.
2016. ECCOMAS 2016 : European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering, Crete Island, Greece, 5th - 10th June 2016
Pattern formation studies by large-scale phase-field simulations.
Nestler, B.
2016. GAMM-Jahrestagung, Braunschweig, Deutschland, 7. - 11. März 2016
Analytics for microstructure datasets produced by phase-field simulations.
Steinmetz, P.; Yabansu, Y. C.; Hötzer, J.; Jainta, M.; Nestler, B.; Kalidindi, S. R.
2016. Acta materialia, 103, 192–203. doi:10.1016/j.actamat.2015.09.047
Calibration of a multi-phase field model with quantitative angle measurement.
Hötzer, J.; Tschukin, O.; Ben Said, M.; Berghoff, M.; Jainta, M.; Barthelemy, G.; Smorchkov, N.; Schneider, D.; Selzer, M.; Nestler, B.
2016. Journal of materials science, 51 (4), 1788–1797. doi:10.1007/s10853-015-9542-7
Modeling of crack propagation on a mesoscopic length scale.
Nestler, B.; Schneider, D. M.; Schoof, E.; Huang, Y.; Selzer, M.
2016. GAMM-Mitteilungen, 39 (1), 78–91. doi:10.1002/gamm.201610005
2015
Elasto-plastic phase-field model accounting for mechanical jump conditions during solid-state phase transformations.
Schneider, D.; Tschukin, O.; Choudhury, A.; Selzer, M.; Nestler, B.
2015. International Conference on Solid-Solid Phase Transformations in Inorganic Materials (PTM), Whistler, Canada, 28th June - 3rd July 2015
Elasto-plastic phase-field model based on mechanical jump conditions.
Schneider, D.; Tschukin, O.; Selzer, M.; Nestler, B.
2015. 2. GAMM Seminar on Phase-Field-Modelling, Siegen University, Germany, 5th - 6th February 2015
Elastoplastic phase-field model accounting for mechanical jump conditions during solid-state phase transformations.
Schneider, D.; Tschukin, O.; Schoof, E.; Choudhury, A.; Selzer, M.; Nestler, B.
2015. PTM 2015 : International Conference on Solid-Solid Phase Transformations in Inorganic Materials, Westin Whistler Resort & Spa, Canada, 28th June - 3rd July 2015
Elastoplastic phase-field model accounting for mechanical jump conditions during solid-state phase transformations.
Schneider, D.; Tschukin, O.; Schoof, E.; Choudhury, A.; Selzer, M.; Nestler, B.
2015. ICM12 : 12th International Conference on the Mechanical Behavior of Materials, Karlsruhe, Germany, 10th - 14th May 2015
Phase-Field Modeling of Solid-Solid Phase Transformations.
Schneider, D.; Kumar, A.; Tschukin, O.; Selzer, M.; Nestler, B.
2015. ESMC9 : 9th European Solid Mechanics Conference, Madrid, Spain, 6th - 10th July 2015
Elasto-plastic phase-field model accounting for mechanical jump conditions during solid-state phase transformations.
Schneider, D.; Tschukin, O.; Choudhury, A.; Selzer, M.; Nestler, B.
2015. Proceedings of the International Conference on Solid-Solid Phase Transformations in Inorganic Materials 2015 (PTM), Whistler, Canada, 28th June - 3rd July 2015. Ed.: M. Militzer, 899–900, PTM, Whistler (British Columbia)
Microstructural evolution in bitaxial crack-seal veins: A phase-field study.
Ankit, K.; Urai, J. L.; Nestler, B.
2015. Journal of geophysical research / Solid earth, 120 (5), 3096–3118. doi:10.1002/2015JB011934
Phase‐field Modeling of Fracture Cementation Processes in 3‐D.
Ankit, K.; Selzer, M.; Hilgers, C.; Nestler, B.
2015. Journal of Petroleum Science Research, 4 (2), 79–96. doi:10.12783/jpsr.2015.0402.04
Small strain elasto-plastic multiphase-field model.
Schneider, D.; Schmid, S.; Selzer, M.; Boehlke, T.; Nestler, B.
2015. Computational Mechanics, 55 (1), 27–35. doi:10.1007/s00466-014-1080-7
2014
Numerical methods to study phase transformation and transport mechanisms in veins.
Ankit, K.; Nestler, B.
2014. PetroTherm-Seminar SS 2014 : Introduction to GeoLab, Karlsruhe, Germany, 17th April 2014
Comprehending the mechanism of vein formation : Insights from three-dimensional phase-field modeling and innovative post-processing techniques.
Ankit, K.; Selzer, M.; Nestler, B.
2014. The Clustered ECCM V and ECFD VI Jointly Organized with WCCM XI : 11th World Congress on Computational Mechanics - 5th European Conference on Computational Mechanics - 6th European Conference on Computational Fluid Dynamics Barcelona, Spain, 20-25 July 2014
A three-dimensional phase-field study of grain boundary tracking behavior in crack-seal microstructures.
Ankit, K.; Selzer, M.; Nestler, B.
2014. EGU 2014 : European Geosciences Union General Assembly, Vienna, Austria, 27th April - 02nd May 2014
Phase-field modeling of crystal growth in geological veins : A first look.
Ankit, K.; Urai, J.; Hilgers, C.; Nestler, B.
2014. PFM 2014 : The Third International Symposium on Phase-field Method 2014, State College, Pennsylvania, 26th-29th August 2014
Mathematical modeling of microstructural evolution in geological vein networks and solid-state phase transformations.
Ankit, K.; Nestler, B.
2014. Workshop on polycrystalline growth : New insights from experiments and modeling, Karlsruhe, Germany, 2014
Phasenfeldmodellierung der Spannungsentwicklung in heterogenen Gefügen.
Schneider, D.; Tschukin, O.; Choudhury, A.; Selzer, M.; Nestler, B.
2014. Sitzung Fachausschuss Computersimulation, Bochum, Deutschland, 2014
Phase-field modeling of stress evolution in heterogen structures.
Schneider, D.; Tschukin, O.; Choudhury, A.; Selzer, M.; Nestler, B.
2014. 11th World Congress on Computational Mechanics, Barcelona, Spain, 20–25 July 2014
Phase-field modeling of diffusion coupled crack propagation processes.
Schneider, D.; Selzer, M.; Bette, J.; Rementeria, I.; Vondrous, A.; Hoffmann, M. J.; Nestler, B.
2014. Advanced Engineering Materials, 16 (2), 142–146. doi:10.1002/adem.201300073
Three-dimensional phase-field study of crack-seal microstructures - insights from innovative post-processing techniques.
Ankit, K.; Selzer, M.; Nestler, B.
2014. Geoscientific model development discussions, 7, 631–658. doi:10.5194/gmdd-7-631-2014
Modelling of transient heat conduction with diffuse interface methods.
Ettrich, J.; Choudhury, A.; Tschukin, O.; Schoof, E.; August, A.; Nestler, B.
2014. Modelling and simulation in materials science and engineering, 22 (8), Art.Nr. 085006/1–29. doi:10.1088/0965-0393/22/8/085006
Parallel computing for phase-field models.
Vondrous, A.; Selzer, M.; Hötzer, J.; Nestler, B.
2014. The international journal of high performance computing applications, 28 (1), 61–72. doi:10.1177/1094342013490972
2013
Phase-field study of grain boundary tracking behavior in crack-seal microstructures.
Ankit, K.; Nestler, B.; Selzer, M.; Reichardt, M.
2013. Contributions to Mineralogy and Petrology, 166 (6), 1709–1723. doi:10.1007/s00410-013-0950-x