TY - THES A1 - Zur, Malte T1 - Numerische Modellierung der Kabinenluftströmung und des Stofftransports von Gefahrgut in Flugzeugfrachträumen N2 - Für den Transport flüssiger Gefahrguter im Luftverkehr werden unter anderem Kunststoffverpackungen verwendet, die Leckagen aufweisen oder Permeation unterliegen können. Aufgrund der vorhandenen Belüftungsbedingungen ist eine Ansammlung entzündlicher oder gesundheitsschädlicher Gase im Frachtraum von Flugzeugen denkbar. Die Überschreitung ausreichender Konzentrationen solcher Gase kann zu einer Gefährdung führen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden die Kabinenluftströmungen und der Stofftransport von Gefahrgut in Flugzeugfrachträumen mittels CFD untersucht. Zunächst erfolgt die Entwicklung eines geeigneten numerischen Modells auf der Grundlage eines generischen Frachtraums mit typischen Merkmalen. Die verwendeten realitätsnahen Randbedingungen entsprechen aktuellen Flugzeugmustern. Das numerische Modell wird mittels experimenteller Modellversuche im Maßstab 1/10 validiert. Das Strömungsfeld im Frachtraummodell wird mittels eines LDA-Systems vermessen. Das validierte numerische Modell wird sowohl für Simulationen im Maßstab 1/10 als auch im Maßstab 1/1 verwendet. Anhand der drei Validierungskriterien Symmetrie, Verlaufe und Beträge der betrachteten Strömungsgrößen und einer LDA-Spektralanalyse wird insgesamt eine gute qualitative und quantitative Übereinstimmung zwischen Experiment und Simulation ermittelt. Eine systematische Untersuchung zeigt den Einfluss relevanter Parameter auf das Strömungsfeld und den Stofftransport. Zunächst werden die Einlassreynoldszahl und der Einlassturbulenzgrad sowie die Wandrauigkeit und Wandunebenheit bewertet. Für kleine Reynoldszahlen werden hohe Konzentrationen und für größere Reynoldszahlen werden deutlich geringeren Konzentrationen von Gefahrgut ermittelt. Anhand einer Variation in vier Schritten wird der Einfluss des Einlassmassenstromverhältnisses aus Luft und Gefahrgut bewertet. Erst für Werte von <1000 lasst sich ein signifikanter Einfluss feststellen. Es werden die Stoffe Toluol und n-Hexan beispielhaft für brennbare Gefahrgüter der Klasse 3 verwendet. Der Einfluss der Position und Gestalt verschiedener Einlassquellen wird an vier realitätsnahen Quellentypen bewertet. Anhand vier verschiedener Transportszenarien wird die Ausbreitung von Gefahrgut im Modellmaßstab untersucht. Die Szenarien unterscheiden sich durch die Art der Belüftung und durch die Dauer des Gefahrgutaustritts. Szenarien mit aktiver Frachtraumbelüftung sind als eher unkritisch zu beurteilen. Die betrachteten Szenarien ohne aktive Frachtraumbelüftung sind als gefährlich einzustufen. Insbesondere das Szenario mit zeitlich unbegrenztem Gefahrgutmassenstrom erreicht kritische Konzentrationswerte und eine kritische Ausdehnung der Gefahrgutansammlung im Frachtraum. Diese Ergebnisse werden anhand zweier Szenarien im Maßstab 1/1 bestätigt. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag, das Verständnis der Strömungs- und Stofftransportvorgange im Flugzeugfrachtraum beim Transport von Gefahrgütern im Luftverkehr zu erweitern, um Risiken im Luftverkehr zu identifizieren. Die Allgemeingültigkeit und die Übertragbarkeit der Erkenntnisse auf Flugzeugmuster und Flugszenarien mit komplexeren Details sind zu prüfen. N2 - Liquid dangerous goods are regularly transported as air freight in commercial aircrafts. Using plastic jerrycans or plastic containers, liquids or gases can escape by leakage or permeation effects. The specific ventilation situation in the aircraft cargo compartment may lead to agglomerations of potentially flammable or harmful gas-air mixtures in the cargo compartment. Exceeding certain concentration limits of such gases may cause dangerous situations. This work presents a CFD study of the cabin air flow and the mass transport of dangerous goods in the cargo compartments of commercial airplanes. In a first step, an adequate numerical model is developed that utilizes a generic aircraft cargo compartment with typical characteristics. The realistic boundary conditions are based on modern types of aircrafts. The numerical model is validated by model experiments in 1/10 scale. As a second step, the flow field in the cargo compartment is determined using a LDA-system. The validated numerical model is employed for simulations in 1/10 and 1/1 scale. Using three validation criteria (the symmetry, the evolution and values of flow variables and a LDA spectral analysis) a good qualitative and quantitative agreement between experiment and simulation is found. As a next step, a systematic analysis of relevant parameters influencing the flow and the mass transport in the cargo compartment is conducted. The influence of the inlet Reynolds number and the inlet turbulence intensity as well as the wall roughness and geometric obstructions on the wall are evaluated. For low Reynolds numbers, high concentrations are found and for higher Reynolds numbers, significantly lower concentrations of dangerous goods are calculated. The influence of, the ratio of air and dangerous good flowing into the domain is evaluated using four different values of. Only values of <1000 show a significant influence on the concentration levels in the domain. The dangerous substances toluene and hexane are used as examples for class 3 flammable dangerous goods. The influence of the position and the shape of different inlet sources for dangerous goods are evaluated using four different types of sources. In a final step, four different transport scenarios are used to simulate and evaluate the expansion and propagation of dangerous goods in the generic cargo compartment in the model scale 1/10. The scenarios differ in the ventilation situation and the duration of the mass of dangerous goods entering the domain. Scenarios with an active cargo compartment ventilation are found to be noncritical. Scenarios without an active ventilation lead to critical concentrations of dangerous goods. In particular, a scenario with an indefinite mass inflow of a dangerous gas shows critical concentration levels and a critical expansion in the cargo compartment. These findings are confirmed by simulations of two different scenarios in a 1/1 scale. The presented work contributes to a better understanding of the cabin air flow and the mass transport of dangerous goods in aircraft cargo compartments in order to identify potential risks. The universal validity and the transferability of the findings to other, more complex aircraft cargo compartments and transportations scenarios are to be reviewed in further research. T3 - BAM Dissertationsreihe - 128 KW - CFD KW - Kabinenluftströmung KW - Stofftransport von Gasen KW - gefährliche Güter im Luftverkehr KW - LDA PY - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-4949 SN - 978-3-9816668-8-5 VL - 128 SP - 1 EP - 170 PB - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) CY - Berlin AN - OPUS4-494 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zur, Malte A1 - Otremba, Frank A1 - Leder, A. A1 - Klippel, Alexander T1 - NUMERICAL SIMULATION AND EXPERIMENTAL STUDY OF CABIN-AIRFLOW AND TRANSPORT OF GAS-MIXTURES IN AIRCRAFT CARGO COMPARTMENTS: MODEL VALIDATION T2 - ASME 2013 Fluids Engineering Summer Meeting (FEDSM2013) CY - Incline Village, NV, USA DA - 2013-07-07 PY - 2013 AN - OPUS4-29005 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zur, Malte A1 - Otremba, Frank A1 - Körner, Ursula T1 - Maßnahmen zur Vermeidung der Ausbildung zündfähiger Gas/Luft-Gemische in Flugzeugfrachträumen und Entwicklungen eines Maindeck-Feuerlöschsystems T2 - LUFO-Workshop CY - Bremen, Germany DA - 2011-02-16 PY - 2011 AN - OPUS4-23584 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zur, Malte T1 - Numerische Untersuchung der Kabinenluftströmungen in Flugzeugfrachträumen - Darstellung des Dissertationsvorhabens T2 - Seminar Strömungs- und Energietechnik, Uni Rostock, Fakultät für Maschinenbau und Schiffstechnik, Lehrstuhl Strömungsmechanik CY - Rostock, Germany DA - 2010-11-12 PY - 2010 AN - OPUS4-22510 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zur, Malte A1 - Otremba, Frank A1 - Leder, A. T1 - Numerical Simulation and Experimental Study of Cabin Airflow in Aircraft Cargo Compartments T2 - ASME 2012 International Mechanical Engineering Congress CY - Houston, TX, USA DA - 2012-11-12 PY - 2012 AN - OPUS4-27085 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zur, Malte A1 - Klippel, Alexander A1 - Otremba, Frank A1 - Leder, A. T1 - Numerical simulation and experimental study of cabin-airflow and transport of gas-mixtures in aircraft cargo compartments: model validation N2 - Dangerous goods are transported as air freight in commercial aircrafts. Using plastic jerrycans or plastic containers, liquids or gases can escape by leakage or permeation effects. Prior research by the German Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) showed that the lower explosion limit can be reached when transporting dangerous goods in sea-freight containers under normal transportation situations. This motivated the presented study of the transportation situation of dangerous goods in cargo compartments of commercial airplanes. The scope of this paper is to present the experimental method used for validating a numerical model for CFD (Computational Fluid Dynamics) simulations. The CFD model will be used in a future study to evaluate the potential risk from transporting dangerous goods. The objective of this paper is to present the model mock-up of an aircraft cargo compartment and some examples of three dimensional velocity profiles of the air flow in the mock-up. The velocity profiles are calculated using numerical simulations and measured by Laser-Doppler-Anemometry (LDA) experiments. The mock-up is a generic model of a wide-body aircraft lower deck cargo compartment in a 1:10 scale. Geometry, air exchange rates and inlet as well as outlet flow conditions in the cargo compartment are modeled using realistic boundary conditions. The commercial CFD (Computational Fluid Dynamics) code ANSYS CFX 14 is used for numerical flow simulations applying RANS (Reynolds-Averaged-Navier-Stokes) equations and turbulence models. The turbulence models studied are the renormalization group k-ε-model (RNG), the Reynolds-Stress model by Launder, Reece and Rodi (LRR) and the SST-k-ω-model by Menter (SST). The flow measurement with LDA in the mock-up of a cargo compartment proves to be a feasible method for producing data to validate CFD simulations. Qualitative evaluation of the results shows a good overall agreement between numerical and experimental results. The experimental validation indicates that the implemented CFD model is capable of reproducing the flow situation in the model mock-up. T2 - ASME 2013 Fluids engineering summer meeting - 7th International symposium on flow applications in aerospace CY - Incline Village, Nevada, USA DA - 07.07.2013 KW - Computational fluid dynamics KW - Aircraft cabin air flow KW - Gas mixtures KW - Model validation PY - 2013 SN - 978-0-7918-5555-3 IS - Paper FEDSM2013-16622 SP - 1 EP - 9 AN - OPUS4-30076 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zur, Malte A1 - Otremba, Frank T1 - Numerische und experimentelle Untersuchungen der Luftströmungen im Frachtcompartment von Verkehrsflugzeugen T2 - Sitzung des Beirates Werkstoffe und technische Systeme, BAM CY - Berlin, Germany DA - 2010-06-08 PY - 2010 AN - OPUS4-21458 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Otremba, Frank A1 - Balke, Christian A1 - Butz, Manuel A1 - Zur, Malte T1 - Ermittlung von Wärmeübergangszahlen eines sich im Feuer befindlichen Tanks N2 - Für die Bewertung der Integrität von Tanks ist die detaillierte Kenntnis der belastungsrelevanten Parameter unabdingbar. Die Wärmeübergangszahl a ist eine derartige Größe. Die Wärmeübergangszahl bestimmt direkt die Größe der vorhandenen Beanspruchungen im Tank. Insofern sollte die Wärmeübergangszahl bekannt sein. Aus diesem Grund wurden experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Für einen sich im Feuer befindlichen Tank ergibt sich die Wärmeübergangszahl zu 50 W/m2K. Auf dieser Basis konnten die bereits durchgeführten experimentellen Untersuchungen mithilfe der Methode der finiten Elemente nachgerechnet werden. Die dabei erzielten Ergebnisse sind infolge der getroffenen modelltechnischen sowie thermodynamischen Vereinfachungen als zufriedenstellend zu bezeichnen. In einem nächsten Schritt wird an einer verbesserten Modellierung sowie thermodynamischen Beschreibung der Verhältnisse im Tank gearbeitet. PY - 2011 SN - 2191-0073 VL - 1 IS - 7/8 SP - 22 EP - 24 PB - Springer-VDI-Verl. CY - Düsseldorf AN - OPUS4-24216 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Grasse, Fabian A1 - Zur, Malte A1 - Trappe, Volker T1 - Schubversuch mittels Schubrahmen N2 - Für die Schubkennwertermittlung an faserverstärkten Kunststoffen existieren verschiedene Verfahren, die nur eine Prüfung bis zu einer vorgegebenen maximalen Schubdehnung zulassen. Die Grasse Zur Ingenieurgesellschaft hat auf Basis eines an der BAM entwickelten Schubrahmens ein Schubprüfsystem etabliert, das diese Nachteile aufhebt. Damit ist es nun erstmals möglich, Schubkennwerte ohne Einschränkung einer maximalen Schubdehnung effizient und mit sehr guter Reproduzierbarkeit zu ermitteln. KW - Faser-Kunststoff-Verbunde KW - Schubrahmen KW - Schubfestigkeit PY - 2014 SN - 0720-1214 SN - 0033-5126 VL - 59 IS - 10 SP - 38 EP - 41 PB - Hanser CY - München AN - OPUS4-32150 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zur, Malte A1 - Otremba, Frank T1 - Numerical simulation and experimental study of cabin-airflow and mass transport of dangerous goods in aircraft cargo compartments N2 - Using plastic jerrycans or plastic containers, dangerous goods are transported as air freight in commercial aircrafts. Liquids or gases can escape by leakage or permeation effects from these plastic containers. The German Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) conducted prior research which showed that the lower explosion limit can be reached when transporting dangerous goods in sea-freight containers under normal transportation situations. The presented study is motivated based on these findings. The research objective of this study is to analyze the transportation situation of dangerous goods in cargo compartments of commercial airplanes. The scope of this paper is to present the experimental method used for validating a numerical model for CFD (Computational Fluid Dynamics) simulations and to present some simulation results of the mass transport of dangerous goods in the cargo compartment. The velocity profiles and the mass transport is calculated using numerical simulations and measured by Laser-Doppler-Anemometry (LDA) experiments. The mock-up is a generic model of a wide-body aircraft lower deck cargo compartment in a 1: 10 scale. Geometry, air exchange rates and inlet as well as outlet flow conditions in the cargo compartment are modeled using realistic boundary conditions. The commercial CFD (Computational Fluid Dynamics) code ANSYS CFX 14 is used for numerical flow simulations applying RANS (Reynolds-Averaged-Navier-Stokes) equations and turbulence models. The turbulence models studied are the renormalization group k-e-model (RNG), the BSL-Reynolds-Stress model (BSL) and the SST-k-co-model by Menter (SST). The flow measurement with LDA in the mock-up of a cargo compartment proves to be a feasible method for producing data to validate CFD simulations. Qualitative evaluation of the results shows a good overall agreement between numerical and experimental results. The experimental validation indicates that the implemented CFD model is capable of reproducing the flow situation in the model mock-up T2 - ICCEE 2015 - International conference on civil engineering and environmental engineering CY - Tokyo, Japan DA - 03.02.2015 PY - 2015 SP - 1 EP - 8 AN - OPUS4-32585 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -