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    Ausbreitungsmodellierung von Gerüchen mit zeitaufgelösten Modellen
    (2000) Boeker, Peter; Wallenfang, Oliver; Koster, Frank; Croce, Roberto; Diekmann, Bernd; Griebel, Michael; Schulze Lammers, Peter
    Der Beitrag erläutert im Kontext der bisher angewandten Methoden einen neuen Ansatz zur Ausbreitungsmodellierung von Gerüchen. Anhand von Beispielfällen wird die Methodik der Geruchsprognose mit verschiedenen Ansätzen dargestellt und deren Vor- und Nachteile, sowie deren Limitierungen diskutiert. Besonderes Augenmerk ist dabei auf die Ausbreitung im Nahbereich von Geruchsemittenten mit niedrigen Quellhöhen und strömungstechnisch komplexer Umgebung gerichtet. Typische Fälle hierfür sind landwirtschaftliche Emittenten oder Anlagen der biologischen Prozeßtechnik (Kompostierungen, Kläranlagen). Das neue Ausbreitungsmodell ist eine Weiterentwicklung des Modells NaSt3D mit zwei Varianten einer verbesserten Ausbreitungsmodellierung, einem Advektions-Diffusions-Ansatz (Euler-Modell) und einer Lagrange- Partikel-Modellierung. Das Modell ist in der Lage, Strömungen und Ausbreitungen zeitaufgelöst zu berechnen und damit die für Geruchsphänomene wichtige Frage der Konzentrationsfluktuation im Modell zu integrieren. Durch die Parallelisierung des Rechencodes ist es möglich, auch bisher zu komplexe Gelände- und Quellkonfigurationen in feiner Unterteilung des Rechengitters zu berechnen. Hierfür sind momentan Rechnercluster und Hochleistungsrechner einsetzbar, als Vorgriff auf die schnelle Weiterentwicklung leistungsfähiger Personalcomputer. Der durchgängig analytische Ansatz vermeidet empirische Modellergänzungen mit Anpassungsparametern, wie beispielsweise die sonst erforderlichen Modelle der ?oeberschreitungswahrscheinlichkeit, und kann damit physikalisch begründet kalibriert werden.
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    The Modelling of Odour Dispersion with Time-Resolved Models
    (2000) Boeker, Peter; Wallenfang, Oliver; Koster, Frank; Croce, Roberto; Diekmann, Bernd; Griebel, Michael; Schulze Lammers, Peter
    In connection with the methods used so far, this contribution describes a new approach for the modelling of odour dispersion. Using the aid of example cases, the methodology of odour prognosis with different approaches is explained, and their advantages and dis- advantages as well as their limitations are discussed. Particular attention is given to close-range dispersion from odour emis- sion sources with low source heights and a complex fluidic environment. Typical examples of such cases are agricultural sources or biological processing plants (composting, sewage treatment plants). The new dispersion model is a further development of the NaSt3D model with two variants of improved dispersion modelling, an advection- diffusion approach (Euler model) and a Lagrange-particle model. This model is able to conduct time-resolved calculations of flows and disper- sion and hence allows the question of concentration fluctuation, which is important for odour phenomena, to be integrated into the model. The parallelizing of the computer code enables terrain- and source configu- rations which have been too complex thus far to be calculated in a fine division of the calculation grid. At present, computer clusters and high- performance computers can be used for this purpose in anticipation of the fast further development of efficient personal computers. The consistently analytical approach avoids empirical model supple- ments with adaptation parameters, such as the otherwise necessary mo- dels of exceeding probability, and can thus be calibrated on a physical basis.
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    Tracer Measurements for the Validation of Odour Dispersion Models
    (2001) Boeker, Peter; Wittkowski, Martin; Wallenfang, Oliver; Koster, Frank; Griebel, Michael; Diekmann, Bernd; Schulze Lammers, Peter
    Dispersion models are computer-based numerical models which are spe- cially developed for the prognosis of the dispersion behaviour of sub- stances in natural wind flows. They integrate different theoretical sub- models from fluid, gas, and particle dynamics. Since efficient modelling requires simplifications and additional assumptions, the simulation re- sults provided by these models must be compared with real-world data in order to prove the validity of the model. This is called validation. Odour perception at the input location is determined by the fluctuations of local immission concentration. Odour perception begins only when the threshold value is exceeded. Therefore, the determination of values in ex- cess of the threshold level requires that, in addition to the mean input value, its fluctuation be known. Due to the turbulence of natural wind flows, odorants are diluted to a varying degree during transmission. Mo- reover, changing wind directions lead to a shift in the main direction of propagation, which causes the odour plume to meander. The new NaSt3D model was examined as an example of the validation of odour dispersion models. For this reason, field measurements were taken in or- der to determine odour propagation. A mobile tracer measurement technique with simultaneous recording of the meteorological data, the measuring positions, and the tracer concentration allowed measurements with high temporal and spatial resolution to be carried out. Comparisons of model calculations and measurements showed a high degree of consi- stency and proved the applicability of the NaSt3D model for detailed odour dispersion simulation.
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    Tracermessungen zur Validierung von Geruchsmodellen
    (2001) Boeker, Peter; Wittkowski, Martin; Wallenfang, Oliver; Koster, Frank; Griebel, Michael; Diekmann, Bernd; Schulze Lammers, Peter
    Ausbreitungsmodelle sind computerbasierte numerische Modelle, die speziell für die Prognose des Ausbreitungsverhaltens von Stoffen in natürlichen Windströmungen aufgestellt werden. Sie enthalten verschiedene Theorieelemente aus der Strömungsmechanik, Gas- und Partikeldynamik. Durch die erforderlichen Vereinfachungen und Zusatzannahmen zur effizienten Modellierung müssen die Simulationsergebnisse, die mit diesen Modellen erhalten werden, mit Realdaten verglichen werden, um die Gültigkeit des Modells nachzuweisen. Dies wird als Validierung bezeichnet. Die Geruchswahrnehmung am Immissionsort ist von den Schwankungen der lokalen Immissionskonzentration bestimmt. Die Geruchswahrnehmung setzt erst ab dem Schwellenwert ein, daher muß zur Bestimmung der ?oeberschreitung zusätzlich zum Mittelwert der Immission der Schwankungswert bekannt sein. Durch die Turbulenz der natürlichen Windströmungen werden die Geruchsstoffe bei der Transmission verschieden stark verdünnt. Zusätzlich führen wechselnde Windrichtungen zu einer Verschiebung der Ausbreitungsrichtung, die sich im Mäandern der Ausbreitungsfahne auswirkt. Exemplarisch für die Validierung von Ausbreitungsmodellen wurde das neue Ausbreitungsmodell NaSt3D untersucht. Dafür wurden Freilandmessungen zur Bestimmung der Ausbreitung durchgeführt. Mit einer mobilen Tracermeßtechnik bei simultaner Aufzeichnung der meteorologischen Daten, der Meßpositionen und der Tracerkonzentration wurden örtlich und zeitlich hochaufgelöste Messungen realisiert. Die Vergleiche von Modellrechnungen und Messungen ergaben eine gute ?oebereinstimmung und weisen die Einsetzbarkeit des Modells NaSt3D für die detaillierte Geruchsausbreitungs­simulation nach.