مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

شبیه‌سازی عددی رفتار حریق در تونل همراه با سیستم‌های تهویه و اطفاء

نویسندگان
1 تهران، بزرگراه جلال آل احمد، استاد دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده مهندسی مکانیک، اتاق 317
2 تهران، بزرگراه جلال آل احمد، دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه تربیت مدس، دانشکده مهندسی مکانیک
چکیده
موضوع ایمنی در مقابل آتش در تونل‌ها امری بسیار حیاتی است چراکه بسته بودن محیط تونل‌ عواقب ناشی از تصادفات و سوانح را به‌طور چشمگیری افزایش می‌دهد. بنابراین لازم است که هنگام بروز آتش‌سوزی با انجام اقدامات مناسب توسعه آتش‌سوزی و گسترش دود در تونل کنترل گردد. سیستم‌ تهویه به‌منظور کنترل دود و سیستم اطفاء برای جلوگیری از رشد و توسعه آتش در تونل استفاده می‌شود. در این تحقیق با استفاده از کد متن‌باز شبیه‌ساز دینامیک آتش (FDS)، آتش‌سوزی داخل تونل همراه با عملکرد سیستم‌های تهویه و اطفاء شبیه‌سازی شده است. نتایج نشان می‌دهد که افزایش نرخ جریان آب باعث افزایش ظرفیت خنک‌سازی سیستم اطفاء می‌شود، همچنین با افزایش نرخ جریان آب از 320 به 1280 لیتر بر دقیقه تضعیف شار تشعشعی رسیده به پایین‌دست آتش از 40% به بیش از 75% افزایش می‌یابد. با فعال‌سازی سیستم اطفاء با قطر میانگین 100 و 1000 میکرومتر، اختلاف دما با محیط به ترتیب حدود 70% و 34% کاهش می‌یابد. در مورد ناحیه پایین‌دست با کاهش اندازه قطر قطره از 1000 تا 100 میکرومتر تضعیف تشعشعی از 58% تا 93% افزایش می‌یابد. جریان هوا منجر به انتقال قطرات به پایین‌دست آتش می‌شود و افزایش نرخ جریان هوا باعث کاهش تضعیف تشعشعی این سیستم در مورد ناحیه بالادست آتش می‌گردد. موقعیت آبپاش‌های فعال‌شده نسبت به منبع آتش نیز بر توانایی خنک‌سازی و تضعیف تشعشعی سیستم اثر می‌گذارد. سیستم اطفاء با کاهش دمای دود، سیستم تهویه را قادر می‌سازد تا با سرعتی کمتر از سرعت تهویه بحرانی از تشکیل لایه برگشتی دود جلوگیری کند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Numerical Simulation of Fire in Tunnel with Ventilation and Suppression Systems

نویسندگان English

Ghassem Heidarinejad 1
Roghaye Vasheghani Farahani 2
1 Tehran, Ale Ahmad Ave, Tarbiat Modares University,Faculty of Mechanical Engineering, Room 317
2 Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده English

The issue of fire safety in tunnels is very essential because the closure tunnels increase consequences of accidents significantly. Therefore, it is necessary to control fire development and smoke propagation with appropriate measures when fire occur. The ventilation system is used to control smoke propagation and the suppression system is used to prevent fire spread in tunnel. In the present study, fire in the tunnel with operating ventilation and suppression systems are simulated using an open source fire dynamic simulator (FDS). The results show that increase water flow rate leads to increase cooling effect of suppression system, also, increasing the water flow rate from 320 to 1280 liters per minute lead to increase the reduction of radiation flux at the downstream of fire from 40% to more than 75%. With the activation of suppression system with a median diameter of 100 and 1000 micrometers, the temperature difference with the environment decreases by about 70% and 34%, respectively. In the case of downstream area, with decrease in size of droplet diameter from 1000 to 100 micrometers, the radiation attenuation increases from 58% to 93%. Air flow leads to transport the droplets to downstream and increase the air flow rate leads to decrease radiation attenuation of suppression system for upstream area. The relative position of activated sprinklers affect the cooling and radiation attenuation ability of system. The suppression system by reducing the smoke temperature enables the ventilation system to resist the smoke backlayering with a lower velocity than the critical ventilation velocity.

کلیدواژه‌ها English

Tunnel
Fire
Ventilation system
Suppression system
FDS
[1] T. Lemaire, Y. Kenyon, Large scale fire tests in the second Benelux tunnel, Fire Technology, Vol. 42, No. 4, pp. 329-350, 2006.
[2] H. Ingason, Model scale tunnel tests with water spray, Fire Safety Journal, Vol. 43, No. 7, pp. 512-528, 2008.
[3] L. Chen, W. Zhu, X. Cai, L. Pan, G. Liao, Experimental study of water mist fire suppression in tunnels under longitudinal ventilation, Building and Environment, Vol. 44, No. 3, pp. 446-455, 2009.
[4] F. Nmira, J.-L. Consalvi, A. Kaiss, A. Fernandez-Pello, B. Porterie, A numerical study of water mist mitigation of tunnel fires, Fire safety journal, Vol. 44, No. 2, pp. 198-211, 2009.
[5] J. Trelles, J. R. Mawhinney, CFD investigation of large scale pallet stack fires in tunnels protected by water mist systems, Journal of fire protection engineering, Vol. 20, No. 3, pp. 149, 2010.
[6] J. R. Mawhinney, J. Trelles, Testing water mist systems against large fires in tunnels: integrating test data with CFD simulations, Fire technology, Vol. 48, No. 3, pp. 565-594, 2012.
[7] Y. Z. Li, H. Ingason, Model scale tunnel fire tests with automatic sprinkler, Fire Safety Journal, Vol. 61, pp. 298-313, 2013.
[8] Y. J. Ko, G. V. Hadjisophocleous, Study of smoke backlayering during suppression in tunnels, Fire Safety Journal, Vol. 58, pp. 240-247, 2013.
[9] H. Ingason, Y. Z. Li, G. Appel, U. Lundström, C. Becker, Large scale tunnel fire tests with large droplet water-based fixed fire fighting system, Fire technology, Vol. 52, No. 5, pp. 1539-1558, 2016.
[10] M. Cheong, W. Cheong, K. Leong, A. Lemaire, L. Noordijk, Heat release rate of heavy goods vehicle fire in tunnels with fixed water based fire-fighting system, Fire technology, Vol. 50, No. 2, pp. 249-266, 2014.
[11] E. Blanchard, P. Boulet, P. Fromy, S. Desanghere, P. Carlotti, J. Vantelon, J. Garo, Experimental and numerical study of the interaction between water mist and fire in an intermediate test tunnel, Fire technology, Vol. 50, No. 3, pp. 565-587, 2014.
[12] K. McGrattan, S. Hostikka, R. McDermott, Fire dynamics simulator: technical reference guide, NIST special publication, Vol. 1018, 2014.
[13] K. McGrattan, R. McDermott, C. Weinschenk, K. Overholt, Fire Dynamics Simulator-User's Guide, NIST special publication, Vol. 1019, 2014.
[14] T. Poinsot, D. Veynante, Theoretical and numerical combustion: RT Edwards, Inc., 2005.
[15] T.-S. Chan, Measurements of water density and drop size distributions of selected ESFR sprinklers, Journal of Fire Protection Engineering, Vol. 6, No. 2, pp. 79-87, 1994.
[16] D. T. Sheppard, D. T. Sheppard, Spray characteristics of fire sprinklers: US Department of Commerce, National Institute of Standards and Technology, 2002.
[17] G. Heidarinejad, M. Mapar, H. Pasdarshahri, A comprehensive study of two fire sources in a road tunnel: Considering different arrangement of obstacles, Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 59, pp. 91-99, 2016.
[18] M. Mapar, G. Heidarinejad, H. Pasdarshahri, Numerical investigation of two simultaneous fires in a tunnel and evaluation of the obstructive influence of vehicles using FDS, Modares Mechanical Engineering, Vol. 13, pp. 10-22, 2014. (in Persian فارسی )