TY - JOUR A1 - Schalau, Sebastian A1 - Habib, Abdel Karim T1 - Atmospheric wind field modelling with OpenFOAM for near-ground gas dispersion JF - Atmosphere N2 - CFD simulations of near-ground gas dispersion depend significantly on the accuracy of the wind field. When simulating wind fields with conventional RANS turbulence models, the velocity and turbulence profiles specified as inlet boundary conditions change rapidly in the approach flow region. As a result, when hazardous materials are released, the extent of hazardous areas is calculated based on an approach flow that differs significantly from the boundary conditions defined. To solve this problem, a turbulence model with consistent boundary conditions was developed to ensure a horizontally homogeneous approach flow. Instead of the logarithmic vertical velocity profile, a power law is used to overcome the problem that with the logarithmic profile, negative velocities would be calculated for heights within the roughness length. With this, the problem that the distance of the wall-adjacent cell midpoint has to be higher than the roughness length is solved, so that a high grid resolution can be ensured even in the near-ground region which is required to simulate gas dispersion. The evaluation of the developed CFD model using the German guideline VDI 3783/9 and wind tunnel experiments with realistic obstacle configurations showed a good agreement between the calculated and the measured values and the ability to achieve a horizontally homogenous approach flow. KW - OpenFOAM KW - Gas dispersion KW - Atmospheric boundary layer KW - Turbulence model PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-539095 DO - https://doi.org/10.3390/atmos12080933 VL - 12 IS - 8 SP - 933 PB - MDPI AN - OPUS4-53909 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schalau, Sebastian A1 - Michel, S. A1 - Plischka, H. A1 - Harms, F. A1 - Leitl, B. A1 - Schalau, Bernd A1 - Turnow, J. T1 - Simulation kurzzeitiger Gefahrstofffreisetzungen aus Industrieanlagen T1 - Simulation of short-term hazmat releases from industrial facilities - Challenges and possible solutions JF - Gefahrstoffe Reinhaltung der Luft N2 - Gefahrstofffreisetzungen aus technischen Anlagen können erhebliche Risiken für Mensch und Umwelt bergen und sind deshalb bei der Planung, der Genehmigung und im Regelbetrieb technischer Anlagen zu berücksichtigen. Zur Identifizierung von Gefahrenbereichen im Zusammenhang mit Gasfreisetzungen und zur Bewertung der Wirksamkeit von Schutzmaßnahmen werden Ausbreitungsrechnungen mithilfe verschiedener Modelle durchgeführt. Es werden zunehmend komplexere Berechnungsmodelle eingesetzt, die verlässlichere Prognosen liefern und helfen sollen, die Risiken durch windgetriebene Ausbreitung von Gasen weiter zu reduzieren. Mit steigender Komplexität der Simulationsverfahren steigen allerdings auch der Aufwand für die Entwicklung und die anwendungsbezogene Evaluierung neuer Modelle. Mit den vorgestellten Arbeiten wollen die Autoren einen Beitrag zur Entwicklung und Bereitstellung frei verfügbarer numerischer Strömungs- und Transportmodelle leisten und speziell die Weiterentwicklung der im Bereich Auswirkungsbetrachtungen verwendeten Werkzeuge unterstützen. Der Artikel beschreibt erste Problemlösungen auf dem Weg zur Entwicklung entsprechender, frei verfügbarer und angemessen validierter Softwaretools. N2 - Possible releases of hazardous materials from industrial sites pose substantial risks for people and the environment. Thus, they must be considered during planning, licensing, and operation of corresponding facilities. Different types of models are employed for identifying danger zones in the context of gaseous releases and to document the effect of protection measures. Numerical simulation tools of increasing physical complexity are utilized to obtain more reliable predictions and further reduce the risks associated gaseous hazmat releases. However, the increasing physical and Computational complexity of simulation tools is also raising the efforts needed for model development and application specific model evaluation. The work presented in this article is intended to foster the development of more sophisticated and freely available numerical flow and transport models, contributing to the further improvement of software tools available for respective consequence analysis and assessment. The article describes some first problems to be adequately addressed and solved on the way to a properly validated community modelling toolbox for near field dispersion of releases in complex industrial environments. KW - Gefahrstofffreisetzungen KW - CFD-Simulation KW - Turbulenzmodellierung KW - Windkanalmessungen PY - 2021 SN - 0949-8036 VL - 81 IS - 07-08 SP - 257 EP - 270 PB - VDI Fachmedien AN - OPUS4-53910 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schalau, Sebastian A1 - Habib, Abdel Karim T1 - CFD-Simulation von Schwergasausbreitungen in bebautem Gelände N2 - Um die Ausbreitung von Schwergaswolken infolge störfallbedingter Freisetzung in bebautem Gelände besser vorhersagen zu können, wird eine praxisorientierte Methode zur numerischen Simulation von Schwergasausbreitungen vorgestellt. T2 - 14. Fachtagung Anlagen-, Arbeits- und Umweltsicherheit CY - Köthen, Germany DA - 07.11.2019 KW - Schwergasausbreitung KW - CFD KW - OpenFOAM PY - 2019 AN - OPUS4-49567 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schalau, Sebastian A1 - Habib, Abdel Karim T1 - CFD-Simulation von Schwergasausbreitungen in bebautem Gelände T2 - Tagungsband der 14. Fachtagung Anlagen-, Arbeits- und Umweltsicherheit N2 - Um die Ausbreitung von Schwergaswolken infolge störfallbedingter Freisetzungen in bebautem Gelände besser vorhersagen zu können, wird eine praxisorientierte Methode zur numerischen Simulation von Schwergasausbreitungen vorgestellt. T2 - 14. Fachtagung Anlagen-, Arbeits- und Umweltsicherheit CY - Köthen, Germany DA - 07.11.2019 KW - Schwergasausbreitung KW - CFD KW - OpenFOAM PY - 2019 SN - 978-3-89746-220-5 SP - 130 EP - 139 AN - OPUS4-49570 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schalau, Bernd A1 - Schalau, Sebastian T1 - Die neue VDI-Richtlinie 3783 Blatt 1. Stand der Diskussion T2 - Tagungsband der 14. Fachtagung Anlagen-, Arbeits- und Umweltsicherheit N2 - Die VDI-Richtlinien 3783 Blatt 1 und Baltt 2 gelten immer noch im Bereich der Störfallauswirkungsbetrachtungen als Stand der Technik, obwohl sie aus den Jahren 1987 und 1990 stammen. In der Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN wurde 2009 die Arbeitsgruppe „Ausbreitung von störfallbedingten Freisetzungen – Sicherheitsanalyse“ mit der Zielsetzung gegründet, die VDI-Richtlinie 3783 zu überarbeiten. Der Inhalt des jetzt vorliegenden Gründrucks wird vorgestellt. T2 - 14. Fachtagung Anlagen-, Arbeits- und Umweltsicherheit CY - Köthen, Germany DA - 07.11.2019 KW - Störfall-Verordnung KW - Auswirkungsbetrachtung PY - 2019 SN - 978-3-89746-220-5 SP - 120 EP - 129 AN - OPUS4-49573 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zinke, R. A1 - Virothi, N. A1 - Köhler, F. A1 - Klippel, A. A1 - Schalau, Sebastian A1 - Krause, U. T1 - Experimental measurement of initial evaporation mass flows from gasoline spills and comparison with empirical models JF - Process Safety Progress N2 - In this paper, we investigate the evaporation mass flow originating from spills of gas-oline. Large spills of gasoline may form during partial or complete roof sinkings or inthe case of perforations at various deck fittings at external floating roof tanks usedfor the storage. Additionally, spills may form in the retention area in the case of leak-ages at pipes or at the hull. The aim is to predict the order of magnitude of real-scaleevaporation mass flow. The determined evaporation mass flows will be used in arelated project as input values for subsequent dispersion modeling in the vicinity ofthe tanks. This is relevant for questions of fire and explosion protection as well as forenvironmental protection aspects in tank farms or refineries, which use externalfloating roof tanks. The measurements presented in this paper were compared withpredictions by empirical models and investigations of evaporations from small floorspills, round-bottom flask, or from Petri dishes published in the literature. The maingoal of this paper is to test the applicability of empirical models to provide reasonableevaporation mass flows as input for CFD dispersion simulations. KW - Spill evaporation PY - 2019 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-504322 DO - https://doi.org/10.1002/prs.12128 VL - 39 IS - 3 SP - e12128 PB - Wiley Online Libary AN - OPUS4-50432 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schalau, Sebastian A1 - Habib, Abdel Karim A1 - Krause, U. T1 - CFD-Simulation von Schwergasausbreitungen T2 - Tagungsband zum 15. BAM-PTB-Kolloquium zur chemischen und physikalischen Sicherheitstechnik N2 - Um die Ausbreitung von Schwergaswolken infolge störfallbedingter Freisetzungen in bebautem Gelände besser vorhersagen zu können, wird eine praxisorientierte Methode zur numerischen Simulation von Schwergasausbreitungen vorgestellt. T2 - 15. BAM-PTB-Kolloquium zur chemischen und physikalischen Sicherheitstechnik CY - Brunswick, Germany DA - 21.05.2019 KW - Explosionsschutz KW - CFD KW - Schwergas KW - Gasausbreitung PY - 2019 DO - https://doi.org/10.7795/210.20190521G SP - 1 EP - 10 PB - Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) AN - OPUS4-48940 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schalau, Sebastian A1 - Habib, Abdel Karim T1 - CFD-Simulation von Schwergasausbreitungen N2 - Um die Ausbreitung von Schwergaswolken infolge störfallbedingter Freisetzungen in bebautem Gelände besser vorhersagen zu können, wird eine praxisorientierte Methode zur numerischen Simulation von Schwergasausbreitungen vorgestellt. T2 - 15. BAM-PTB-Kolloquium 2019 CY - Braunschweig, Germany DA - 21.05.2019 KW - OpenFOAM KW - Schwergasausbreitung KW - CFD PY - 2019 AN - OPUS4-48537 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schalau, Sebastian T1 - Schwergassimulation mit OpenFOAM N2 - Grundlage für die Simulation von Schwergasausbreitungen mit CFD sind realitätsnahe Windprofile. Es wird ein entwickeltes Turbulenzmodell vorgestellt, das zu vielversprechenden Ergebnissen bei der Gebäudeumströmung führt. T2 - ProcessNet-Arbeitsausschusses Auswirkungen von Stoff-und Energiefreisetzungen CY - Frankfurt a.M., Germany DA - 20.11.2018 KW - Gebäudeumströmung KW - Schwergasausbreitung KW - CFD PY - 2018 AN - OPUS4-47119 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schalau, Sebastian A1 - Habib, Abdel Karim A1 - Michel, S. T1 - A modified k-ε turbulence model for heavy gas dispersion in built-up environment JF - Atmosphere N2 - For hazard assessment purposes, the dispersion of gases in complex urban areas is often a scenario to be considered. However, predicting the dispersion of heavy gases is still a challenge. In Germany, the VDI Guideline 3783, Part 1 and 2 is widely used for gas dispersion modelling. Whilst Part 1 uses a gauss model for calculating the dispersion of light or neutrally buoyant gases, Part 2 uses wind tunnel experiments to evaluate the heavier-than-air gas dispersion in generic built up areas. In practice, with this guideline, it is often not possible to adequately represent the existing obstacle configuration. To overcome this limitation, computational fluid dynamics (CFD) methods could be used. Whilst CFD models can represent obstacles in the dispersion area correctly, actual publications show that there is still further research needed to simulate the atmospheric flow and the heavy gas dispersion. This paper presents a modified k-ε-turbulence model that was developed in OpenFOAM v5.0 (England, London, The OpenFOAM Foundation Ltd Incorporated) to enhance the simulation of the atmospheric wind field and the heavy gas dispersion in built-up areas. Wind tunnel measurements for the dispersion of neutrally buoyant and heavy gases in built-up environments were used to evaluate the model. As a result, requirements for the simulation of the gas dispersion under atmospheric conditions have been identified and the model showed an overall good performance in predicting the experimental values. KW - Atmospheric boundary layer KW - OpenFOAM KW - Heavy gas KW - CFD PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-568898 DO - https://doi.org/10.3390/atmos14010161 VL - 14 IS - 1 SP - 1 EP - 21 PB - MDPI AN - OPUS4-56889 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -