(GRS-681) Validierung und Weiterentwicklung der Modellierung von Freisetzungsszenarien mit unkonventionellen Spreng- und Brandvorrichtungen (USBV) mittels CFD-Programmen mit dem Ziel einer Übertragbarkeit der Methoden auf komplexe Anwendungen

Im vorliegenden Vorhaben wurde die Machbarkeit der Simulation von Explosionen mit Hilfe von Computational Fluid Dynamics (CFD)-Algorithmen untersucht. Zunächst wurden hierfür verschiedene frei verfügbare (Open Source) und kostenpflichtige, kommerzielle Software-Pakete identifiziert und hinsichtlich verschiedener Parameter verglichen. Hierbei wurden u. a. Nutzungskosten, Anwendbarkeit, verwendete physikalische Ansätze und Größe der Nutzer-Community berücksichtigt. Insbesondere aufgrund der freien Lizenzierung sowie der stetig wachsenden Nutzer-Community der Software Open-FOAM wurde für dieses Vorhaben das Solver-Paket blastfoam (Vs. 4.0.0) der Firma Synthetik Applied Technologies ausgewählt. Dieses stellt zusätzliche Solver für die Nutzung in OpenFOAM zur Verfügung, welche explizit für die Simulation von Detonationen und die auftretenden Feldgradienten programmiert und vorgesehen sind. Es wurden zwei verschiedene Solver des Pakets ausgewählt, mit welchen zuvor durchgeführte Sprengversuche simuliert wurden. Hierbei wurde darauf geachtet, einen guten Kompromiss zu finden zwischen den hohen rechnerischen Anforderungen, welche die Simulationen darstellen, und der Wahl der Ausgangsparameter, welche das Experiment bestmöglich darstellen sollten. Insbesondere war die Ausbreitung von Partikeln in die Simulationen mit einzubeziehen, welche im Experiment oberhalb des Sprengstoffs angeordnet waren. Die Arbeiten ermöglichten die Identifizierung eines geeigneten Solvers und realistischer Rahmenbedingungen, welche eine gute Grundlage für die Untersuchung der obigen Fragestellungen bilden können. Aufgrund von extrem langen Rechenzeiten wurden Ansätze zur Reduzierung der rechnerischen Anforderungen implementiert und umgesetzt, um die Simulationen in für das Vorhaben angemessenen Zeiträumen durchführen zu können. Weitere Optimierungen, insbesondere hinsichtlich einer weiteren Reduzierung des rechnerischen Aufwandes, sind für zukünftige Vorhaben von zentraler Bedeutung.