Virajlı bir karayolu tüneli içinde yangın senaryolarının sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of fire scenarios in a curved highway tunnel
Yazar: BETÜL DEMİRCİ
Danışman: DOÇ. DR. NUREDDİN DİNLER
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Froude sayısı = Froude number ; Havalandırma sistemleri = Ventilating systems ; Jet fanlar = Jet fans ; Tüneller = Tunnels ; Yangın = Fire

Özet:
Karayolu ve demiryolu taşımacılığının önemli unsurlarından birisi olan tünel kavramı araştırmacılar tarafından oldukça sık incelenmektedir. Ulaşımı kolaylaştıran tüneller incelenirken içinde yaşanabilecek her türlü senaryo gerek deneysel gerekse bilgisayar programlarının sağladığı analizler yardımıyla ele alınmaktadır. Bu çalışmada, Karayolları Genel Müdürlüğü'nün hazırlamış olduğu teknik şartnameye uyarak tasarlanmış 1,5 km uzunluğundaki virajlı bir tünelin analitik hesaplamaları ve nümerik çözümlemeleri yapılmıştır. Analitik çözümler PIARC'ın hazırlamış olduğu denklemlerle sağlanırken, nümerik çözümler bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği çözücüsü olan Ansys/FLUENT yardımıyla yapılmıştır. Bu tez çalışmasının temel amacı geleneksel jet fan kullanarak havalandırılan virajlı bir tünelin farklı lokasyonlarında ortaya çıkan yangın senaryosunun etkilerini araştırmaktır. HAD analizleri yapılmadan türbülans modeli seçimi, jet fan sayısı ve havalandırma metodu gibi özellikler geniş bir literatür çalışmasıyla araştırılmıştır. Elde edilen veriler aracılığıyla analizler gerçekleştirilmiştir. Farklı lokasyonlara göre yapılan yangın analizlerinin sonuçları FLUENT programının sağlamış olduğu konturlerle ve grafiklerle gösterilmiştir. Yangın kaynağının çıkış portalına yaklaştığı durumlarda tünel içi sıcaklık dağlımının daha düşük değerlerde olduğu görülmüştür. Giriş portalına yakın olan yangın kaynağında ise duman hızlı bir şekilde tahliye edilmediğinden dolayı içerdeki ısıyı hemen dışarı atamaz ve tünel içi sıcaklık dağılımında artış meydana gelir. Jet fanlardan yayılan hava akımı Coanda etkisiyle iç bükey duvara yapışmaktadır ve yüksek sıcaklığa sahip dumanın dış bükey duvara doğru yönlenmesine neden olur. Bu nedenle yangın bölgesine yakın alanlarda tünelin dış bükey kısmındaki sıcaklık değerlerinin iç bükey duvar kısmındaki sıcaklık değerlerinden daha yüksek olduğu görülür. Ayrıca yangın bölgesine yakın yerlerde, artan sıcaklık etkisiyle genleşen gazların hızının daha yüksek olduğu görülmüştür.

Abstract:
The concept of the tunnel, which is one of the important elements of road and rail transport, is frequently examined by researchers. While examining the tunnels that facilitate transportation, all kinds of scenarios that can be experienced in them are handled with the help of both experimental and computer programs. In this study, analytical calculations and numerical analysis of a 1.5 km long curved tunnel designed according to the technical specifications prepared by the General Directorate of Highways were made. While analytical solutions were made with the equations prepared by PIARC, numerical solutions were made with the help of Ansys/FLUENT which is a computational fluid dynamics solver. The main purpose of this thesis is to investigate the effects of the fire scenario that occurs in different locations of a curved tunnel ventilated using a conventional jet fan. Features such as turbulence model selection, number of jet fans, and ventilation method were investigated with a large literature study without CFD analysis. Analyses were carried out through the obtained data. The results of the fire analyses made according to different locations are shown with the contours and graphics provided by the FLUENT program. It was observed that the temperature distribution in the tunnel was lower in cases where the fire source approached the exit portal. In the fire source close to the entrance portal, since the smoke is not evacuated quickly, the heat inside cannot be discharged immediately and an increase in the temperature distribution in the tunnel occurs. The air flow emanating from the jet fans adheres to the concave wall with the Coanda effect and causes the high-temperature smoke to be directed towards the convex wall. For this reason, it is seen that the temperature values in the convex part of the tunnel are higher than the temperature values in the concave wall part in the areas close to the fire area. In addition, it has been observed that the velocity of the gases expanding with the effect of increasing temperature is higher in places close to the fire area.