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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.
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.
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.
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.
Zur Bestimmung von Gefährdungsbereichen wird für Gasausbreitungsberechnungen zurzeit vorwiegend die VDI Richtlinie 3783 herangezogen. Bei der Berechnung der Ausbreitung dichteneutraler oder leichter Gase nach Blatt 1 der Richtlinie kann die Bebauung nicht berücksichtigt werden. Dies und die Frage der Anwendbarkeit im Nahbereich der Quelle waren Gründe die VDI-RL zu überarbeiten. Grundlage hierfür ist ein Lagrange´sches Partikelmodell nach VDI 3945 Blatt 3 in Verbindung mit dem Windfeldmodell in der VDI-RL 3783 Blatt 8.
Vergleichsberechnungen zeigen, dass das Lagrange´sches Partikelmodell im Vergleich zu experimentellen Untersuchungen einer ebenen, ungestörten Grenzschichtströmung eine bessere Übereinstimmung in der Konzentrationsverteilung ergibt, als die VDI-RL 3783 Blatt 1. Die Qualität einer Berechnung mit dem Lagrange´schen Partikelmodell ist wesentlich von der Güte der Windfeldberechnung abhängig. Für drei Gebäudekonfigurationen sind die Windfelder mit dem etablierten diagnostischen Windfeldmodell TALdia und mit dem prognostischen CFD-Tool OpenFOAM berechnet und mit Messwerten verglichen worden. Mit OpenFOAM können nach den bisherigen Untersuchungen qualitativ gleichwertige, eher bessere Windfelder berechnet werden.
Zur Bestimmung von Gefährdungsbereichen wird für Gasausbreitungsberechnungen zurzeit vorwiegend die VDI Richtlinie 3783 herangezogen. Bei der Berechnung der Ausbreitung dichteneutraler oder leichter Gase nach Blatt 1 der Richtlinie kann die Bebauung nicht berücksichtigt werden. Dies und die Frage der Anwendbarkeit im Nahbereich der Quelle waren Gründe die VDI-RL zu überarbeiten. Grundlage hierfür ist ein Lagrange´sches Partikelmodell nach VDI 3945 Blatt 3 in Verbindung mit dem Windfeldmodell in der VDI-RL 3783 Blatt 8.
Vergleichsberechnungen zeigen, dass das Lagrange´sches Partikelmodell im Vergleich zu experimentellen Untersuchungen einer ebenen, ungestörten Grenzschichtströmung eine bessere Übereinstimmung in der Konzentrationsverteilung ergibt, als die VDI-RL 3783 Blatt 1. Die Qualität einer Berechnung mit dem Lagrange´schen Partikelmodell ist wesentlich von der Güte der Windfeldberechnung abhängig. Für drei Gebäudekonfigurationen sind die Windfelder mit dem etablierten diagnostischen Windfeldmodell TALdia und mit dem prognostischen CFD-Tool OpenFOAM berechnet und mit Messwerten verglichen worden. Mit OpenFOAM können nach den bisherigen Untersuchungen qualitativ gleichwertige, eher bessere Windfelder berechnet werden.