مطالعه عددی سیستم تهویه طولی همراه با شافت تخلیه برای کنترل آتش و جریان دود در تونل

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه علم و صنعت، دانشکده مهندسی راه اهن

2 دانشگاه علم و صنعت- دانشکده مهندسی راه آهن

3 دانشگاه علم و صنعت، دانشکده مهندسی راه آهن

چکیده

طراحی مناسب و کارآمد سیستم تهویه تونل برای افزایش ایمنی تونل‌ها در هنگام آتش­سوزی ضروری و لازم است. هدف از طراحی یک سیستم تهویه، کنترل آتش و جریان دود برای ایجاد یک مسیر امن برای فرار مسافران است. نصب فن‌های جریان محوری، یا همان جت فن، از روش‌های مرسوم برای ایجاد جریان طولی تهویه در تونل است. اما کارایی سیستم تهویه طولی با افزایش طول تونل کاهش می­یابد. در این مقاله، یک سیستم تهویه طولی با شافت تخلیه ترکیب شده و عملکرد آن در شرایط اضطراری در تونل­های نسبتاً طویل مورد بررسی قرار گرفت. در سیستم تهویه با یک شافت تخلیه، هدف محدود کردن ناحیه آتش و دود در فاصله بین منبع آتش و شافت است. در این مقاله، از کد FDS، که یک مدل دینامیک سیالات محاسباتی است، برای مطالعه حرکت جریان دود و توزیع دما در تونل استفاده شده است. سپس، اثر تغییر پارامترهایی نظیر دبی جریان خروجی از شافت، سرعت طولی ورودی، شیب تونل، ابعاد شافت تهویه، نرخ رهایش حرارت و محل وقوع آتش بر توزیع دما در زیر سقف تونل مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می­دهد که عملکرد سیستم تهویه طولی با استفاده از شافت تخلیه بهبود یافته و تغییر شیب تونل، و به موجب آن تغییر در حرکت جریان دود در تونل، به خوبی با استفاده از سیستم تهویه طولی همراه با یک شافت تهویه قابل‌کنترل است. همچنین، نتایج نشان می­دهد که افزایش سطح مقطع خروجی شافت تهویه تأثیر چندانی بر عملکرد سیستم ندارد. با توجه به این پارامتر، سناریوهای مختلف می­تواند تعریف شده و امکان کنترل ناحیه آتش و جریان دود به­خوبی به­وجود بیاید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical Study of Longitudinal Ventilation System with Extraction Shaft for Control of Fire and Smoke in Tunnel

نویسندگان [English]

  • masoud mounesan 1
  • mohammad Reza Talaee 2
  • habibollah molatefi 3
2 IUST
چکیده [English]

    Convenient and efficient design of tunnel ventilation system for increased safety in case of fire is required. One of the main purposes of designing a ventilation system is fire and smoke flow control to create a safe passage to escape the travelers. Longitudinal ventilation system, using jet fan and axial fan, is most commonly used in tunnels. But, efficiency of longitudinal ventilation system decreases with increasing the length of the tunnel. In this paper, the effect of extraction shaft combined with a longitudinal ventilation system, in emergency situations, in a relatively long tunnel, has been studied. In a ventilation system with an extraction shaft, the aim is limiting the flow of fire and smoke in the distance between the fire source and the shaft. In this paper, FDS code, which is a computational fluid dynamic model, was used to study the smoke flow and temperature distribution in the tunnel. The effects of changes in parameters such as flow rate of the output shaft, input speed, slope of tunnel, shaft dimensions and heat release rate on temperature distribution under the tunnel ceiling was investigated. Results showed that efficiency of the longitudinal ventilation system using extraction shaft was increased and change of the tunnel slope, and its corresponding change in the direction of smoke flow in the tunnel, was under control. The results also revealed that increasing the outflow cross section of the ventilation shaft does not have much effect on the system performance. Considering this parameter, different scenarios could be defined and possible control of fire and smoke flow could be created

کلیدواژه‌ها [English]

  • Tunnel ventilation
  • Tunnel safety
  • Extraction shaft
Carvel, R. and Beard, A. N. 2005. “The Handbook of Tunnel Fire Safety”. Thomas Telford.
Heidarinejad, G., Pasdarshahri, H. and Mazaheri, K. 2013. “Evaluation of induced-flow in a two-room compartment fire using large eddy simulation”. J. Modares Mech. Eng., 13(4): 74-85.
Hu, L. H., Huo, R., Peng, W., Chow, W. K. and Yang, R. X. 2006a. “On the maximum smoke temperature under the ceiling in tunnel fires”. Tunn. Undergr. Sp. Tech., 21(6): 650-655.
Hu, L. H., Li, Y. Z., Huo, R., Yi, L. and Chow, W. K. 2006b. “Full-scale experimental studies on mechanical smoke exhaust efficiency in an underground corridor”. Build. Environ., 41(12); 1622-1630.
Huang, Y. D., Gong, X. L., Peng, Y. J., Lin, X. Y. and Kim, C. N. 2011. “Effects of the ventilation duct arrangement and duct geometry on ventilation performance in a subway tunnel”. Tunn. Undergr. Sp. Tech., 26(6): 725-733.
Ingason, H. and Seco, F. 2005. “Numerical simulation of a model scale tunnel fire test”. Swedish National Testing and Research Institute.
Ingason, H. and Li, Y. Z. 2011. “Model scale tunnel fire tests with point extraction ventilation”. J. Fire Prot. Eng., 1042391510394242.
Jie, J., Kaiyuan, L., Wei, Z. and Ran, H. 2010. “Experimental investigation on influence of smoke venting velocity and vent height on mechanical smoke exhaust efficiency”. J. Hazard. Mater., 177(1): 209-215.
Kim, J. Y. and Kim, K. Y. 2009. “Effects of vent shaft location on the ventilation performance in a subway tunnel”. J. Wind Eng. Ind. Aerod., 97(5): 174-179.
Ko, J. S., Yoon, C. H., Yoon, S. W. and Kim, J. 2010. “Determination of the applicable exhaust airflow rate through a ventilation shaft in the case of road tunnel fires”. Safety Sci., 48(6): 722-728.
Li, Y. Z., Lei, B. and Ingason, H. 2010. “Study of critical velocity and backlayering length in longitudinally ventilated tunnel fires”. Fire Safety J., 45(6): 361-370.
Li, Y. Z. and Ingason, H. 2012. “The maximum ceiling gas temperature in a large tunnel fire”. Fire Safety J., 48: 38-48.
McGrattan, K. B., Hostikka, S. and Floyd, J. E. 2010. “Fire dynamics simulator, user’s guide”. NIST Special Publication, 1019.
McDermott, R., McGrattan, K. and Hostikka, S. 2008. “Fire dynamics simulator (version 5) technical reference guide”. NIST Special Publication, 1018, 5.
Roh, J. S., Ryou, H. S., Kim, D. H., Jung, W. S. and Jang, Y. J. 2007. “Critical velocity and burning rate in pool fire during longitudinal ventilation”. Tunn. Undergr. Sp. Tech., 22(3): 262-271.
Vauquelin, O. and Telle, D. 2005. “Definition and experimental evaluation of the smoke “confinement velocity” in tunnel fires”. Fire Safety J., 40(4): 320-330.
Wu, Y. and Bakar, M. A. 2000. “Control of smoke flow in tunnel fires using longitudinal ventilation systems–A study of the critical velocity”. Fire Safety J., 35(4): 363-390.
Yeoh, G. H. and Yuen, K. K. 2009. “Computational Fluid Dynamics in Fire Engineering: Theory, Modelling and Practice”. Butterworth-Heinemann.
Yi, L., Niu, J. L., Xu, Z. S. and Wu, D. X. 2013. “Experimental studies on smoke movement in a model tunnel with longitudinal ventilation”. Tunn. Undergr. Sp. Tech., 35: 135-141.
Zhong, W., Fan, C. G., Ji, J. and Yang, J. P. 2013. “Influence of longitudinal wind on natural ventilation with vertical shaft in a road tunnel fire”. Int. J. Heat Mass Transfer, 57(2): 671-678.