(GRS 602) Konsequenzenanalyse im Nahbereich eines Transportunfalls - Abschlussbericht zu AP 3.2

Autor: 
G. Frieling
Jahr: 
2020

Bei einem Transportunfall mit Freisetzung radioaktiver Stoffe ist die Ausbreitungsdynamik im Nahfeld (d. h. bis zu wenige 100 m Entfernung zur Quelle) unter Windeinfluss von hoher Bedeutung. So können z. B. Personen aufgrund von Gebäuden oder
topographischer Gegebenheiten im Strömungsfeld und den daraus resultierenden Strömungsverhältnissen unterschiedlich betroffen sein. Auch die Kenntnis der effektiven Quellhöhe der radioaktiven Stoffe infolge einer thermischen Einwirkung bei einem Brand ist wichtig, da sich die effektive Quellhöhe wesentlich auf die weiträumige Ausbreitung auswirkt. Gängige meteorologische Ausbreitungsmodelle erfassen diesen Prozess in der Regel nur über empirische Parameter. Zudem haben diese Modelle Beschränkungen, die mikroskaligen Strömungen entlang von komplexen Strukturen zufriedenstellend zu berechnen.

Vor diesem Hintergrund wurde die Einsatzmöglichkeit eines räumlich hochauflösenden CFD-Simulationsprogrammes zur mikroskaligen Bestimmung von Strömungsverhältnissen im Nahfeld untersucht. Für die Simulationen wurde OpenFOAM (Open Source Field Operation and Manipulation) ausgewählt. Für die Modellierung der Ausbreitung von freigesetzten Tracern wurde zunächst der Euler’sche Ansatz gewählt, bei dem das Fluidverhalten (hier Luftströmungen) in einem bestimmten Kontrollvolumen beobachtet wird. Beim alternativen Lagrange’schen Ansatz können dagegen einzelne Partikel im Raum verfolgt werden, was eine aufwändigere Modellerstellung und Datenauswertung notwendig macht. Für die Simulation der Turbulenz, die zu einer Durchmischung eines
Schadstoffes führt, wurde der RANS-Ansatz (Reynolds Averaged Navier Stokes) und LES-Ansatz (Large Eddy Simulation) getestet. RANS berechnet zeitlich gemittelte Strömungsgeschwindigkeiten, die zur Untersuchungen mikroskaliger Strömungen eher weniger geeignet sind. Mit LES können Turbulenzen deutlich realistischer berechnet werden. Hier werden große Wirbelstrukturen direkt berechnet und kleine Strukturen über ein Modell abgebildet.

Zur Evaluierung der Strömungssimulationen mit OpenFOAM wurden zudem Validierungsrechnungen anhand verschiedener Testfälle der VDI-Richtlinie 3783 durchgeführt. OpenFOAM konnte in diesem Vorhaben nicht erfolgreich validiert werden. Andere Vorhaben zeigten jedoch, dass eine erfolgreiche Validierung anhand der Richtlinie möglich ist. Es sind somit weiterführende Arbeiten zur Optimierung des verwendeten Simulationsmodells nötig.
 

Category: 
GRS-Berichte