Softwaretools zur Simulation der Ausbreitung gasf&#246;rmiger Gefahrstoffe in industrieller Umgebung
Authors: Leitl Bernd , Michel Simon , Plischka Henry , Schalau Sebastian , Harms Frank , Schalau Bernd , Turnow Johann 
Published: December 2021

&lt;p&gt;Betreiber von Anlagen, die mit Gefahrstoffen umgehen, m&amp;#252;ssen nicht nur im Rahmen von Genehmigungsverfahren Angaben zu den Auswirkungen st&amp;#246;rungsbedingter Stofffreisetzungen machen. Bisher zur Bestimmung von angemessenen Sicherheitsabst&amp;#228;nden und zur Beurteilung von Gef&amp;#228;hrdungen verwendete Ausbreitungsmodelle wurden als nicht mehr dem Stand der Technik entsprechend eingestuft und die relevanten VDI-Richtlinien 3783, Blatt 1 und Blatt 2 sollen &amp;#252;berarbeitet werden. Es ist vorgesehen, die Gau&amp;#223;'sche Ausbreitungsmodellierung durch ein zeitgem&amp;#228;&amp;#223;eres Lagrange'sches Ausbreitungsmodell zu ersetzen. Die f&amp;#252;r das Ausbreitungsmodell erforderlichen Windfelder k&amp;#246;nnen mit einfachen diagnostischen Windfeldmodellen oder geeigneten prognostischen Str&amp;#246;mungsmodellen bereitgestellt werden. Allerdings sind einfache diagnostische Windfeldmodelle meist nicht in der Lage, die komplexen Str&amp;#246;mungsverh&amp;#228;ltnisse in Industrieanlagen ausreichend realistisch abzubilden und nicht hinreichend f&amp;#252;r derartige Anwendungen validiert. In universeller einsetzbaren prognostischen Str&amp;#246;mungsmodellen (CFD-Modelle) sind die problemspezifischen Ausbreitungsrandbedingungen im bodennahen Bereich der atmosph&amp;#228;rischen Windgrenzschicht oft nicht angemessen umsetzbar. Eine sinnvolle Alternative stellen verf&amp;#252;gbare, lizenzkostenfreie OpenSource-Programmpakete wie zum Beispiel OpenFOAM dar. Diese beinhalten in der Regel mehrere L&amp;#246;ser zur Str&amp;#246;mungsberechnung und eine Vielzahl von Turbulenzmodellen. Es lassen sich an konkrete Problemstellungen angepasste Str&amp;#246;mungsl&amp;#246;ser realisieren, die prinzipiell auch transiente Einstr&amp;#246;mrandbedingungen in der durch Hindernisse gest&amp;#246;rten atmosph&amp;#228;rischen Windgrenzschicht abbilden k&amp;#246;nnen.&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;In einem vom Bundesministerium f&amp;#252;r Wirtschaft im Rahmen des Forschungsnetzwerks Mittelstand gef&amp;#246;rderten Projekt soll das Potenzial der OpenSource-Programmpakete f&amp;#252;r praktische St&amp;#246;rfallauswirkungsbetrachtungen erschlossen und eine Toolbox zur Simulation der Ausbreitung gasf&amp;#246;rmiger Gefahrstoffe in industrieller Umgebung entwickelt und evaluiert werden. Es werden Windfeldgeneratoren auf Basis von RANS und LES entwickelt. F&amp;#252;r typische, mit den Modelltypen im Zusammenhang stehende Probleme bei der Simulation bodennaher Windfelder werden praxistaugliche L&amp;#246;sungen entwickelt. F&amp;#252;r die Implementierung eines RANS-basierten Windfeldgenerators erfolgte beispielsweise die Anpassung der Randbedingungen im Einstr&amp;#246;mrand und der verwendeten Wandfunktionen an das verwendete Turbulenzmodell. F&amp;#252;r das entwickelte LES-basierte Modell wurden u.a. verschiedene Verfahren zur Simulation bzw. Synthese turbulenter natur&amp;#228;hnlicher Einstr&amp;#246;mrandbedingungen und verschiedene Turbulenzparametrisierungen implementiert und getestet. Einen weiteren Arbeitsschwerpunkt bildet die Bereitstellung qualifizierter, modell- und anwendungsspezifischer Referenzdatens&amp;#228;tze zur Evaluierung der entwickelten Modelle und Simulationskonzepte. Hierf&amp;#252;r werden systematische Modellversuche zur Ausbreitung dichteneutraler und schwerer Gase in einem Grenzschichtwindkanal durchgef&amp;#252;hrt.&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;Der Beitrag stellt den aktuellen Stand der zweij&amp;#228;hrigen Projekt- und Entwicklungsarbeit vor, dokumentiert beispielhaft die G&amp;#252;te der mit den entwickelten Softwaretools erzielbaren Simulationsergebnisse und gibt einen &amp;#220;berblick &amp;#252;ber die im Projekt generierten Referenzdatens&amp;#228;tze f&amp;#252;r eine angemessene Modellevaluierung.&lt;/p&gt;