طراحی و شبیه سازی تهویه تونل

توضیحاتی در خصوص طراحی و شبیه سازی تهویه تونل و تهویه مترو

در این بخش به ارائه توضیحاتی در خصوص روشهای تهویه تونل می پردازیم. روش های اصلی  تهویه تونل را می توان به شرح زیرطبقه بندی کرد:

 الف ) تهویه طبیعی تونل

 ب ) تهویه ناشی از اثر پیستونی حرکت خودرو

 ج ) تهویه طولی 

 د ) تهویه عرضی و نیمه عرضی

 ه ) تهویه به کمک مواد شیمیایی

  در ادامه به معرفی اجمالی و بررسی مزایا و معایب هر یک از این روش ها می پردازیم.  

استفاده از جت فن در تونل

تهویه طبیعی در تونل:

تهویه طبیعی عبارتست از حرکت طبیعی هوا در تونل که در اثر اختلاف  فشار بین دو دهانه ورودی و خروجی تونل روی می دهد. این اختلاف فشار ناشی  از موارد ذیل می باشد:

-        اختلاف ارتفاع در دو دهانه

-        اختلاف دما در دو دهانه

-        اثر باد

 جریان طبیعی هوا در داخل تونل را می توان به صورت طولی یا از طریق کانال مرکزی انجام داد.

تهویه طولی در تونل :

در این سیستم هوا درتونل به صورت اجباری (تهویه مکانیکی) جریان می یابد. شدت جریان هوای لازم به میزان آلودگی بستگی دارد و از این رو با افزایش طول تونل میزان آلاینده ها افزایش می یابد.  در این روش می توان با نصب بادزن های تقویتی در تونل به جریان هوا شتاب  داد. تهویه طولی را می توان به 3 روش زیر انجام داد:

تهویه طولی با استفاده از بادزن اصلی:

در این روش با نصب فن دمنده و مکنده ابتدا و انتهای تونل، هوا را در طول تونل  به حرکت در می آوریم.

 این روش فقط در مورد تونل های یک طرفه کارآیی دارد و هوا از جهتی به تونل  دمیده می شود که اثر پیستونی و تهویه طبیعی به آن کمک کند . در این روش  سرعت هوا در تونل ثابت است و تمرکز آلودگی ها از صفر در دهانه تونل  ورودی تا حد ماکزیمم در دهانه خروجی تغییر می کند. 

تهویه طولی با استفاده از دویل:

در این شیوه یک کانال در مرکز تونل حفر شده و بادزن در آن نصب می شود. با مکش هوا از طریق این بادزن، هوا از دو طرف تونل وارد و از کانال خارج می  شود. در این روش جهت سرعت هوا در دو نیمه تونل مخالف هم است . به دلیل  کاربرد این روش در تونل های دو طرفه از توضیح پیرامون این روش پرهیز می  گردد.

تهویه طولی با استفاده از جت فن Jet fan در تونل :

در این روش به کمک نصب جت فن jet fan  در سقف تونل، هوا را در محدوده  فوقانی مقطع هندسی تونل به جریان درآورده و تهویه طولی را انجام می  دهیم. روش تهویه طولی با استفاده از جت فن یکی از روش های بسیار متداول در زمینه تهویه تونل می  باشد.  

استفاده از جت فن در تهویه تونل

تهویه عرضی در تونل:

در این روش هوای تازه از طریق یک کانال سراسری در تمام طول تونل وارد  می شود وهوای برگشت از طریق شبکه هایی به داخل کانال برگشت مکیده می شود. مقطع کانالهای دمنده و مکنده در طول تونل تغییر می کند و هوا معمولاً از  کف تونل وارد شده و از نزدیک سقف خارج می گردد.

تهویه نیمه عرضی در تونل:

سیستم تهویه نیمه عرضی، ترکیبی از روشهای طولی و عرضی است. در این  روش هوای تازه در تمام طول تونل وارد شده و هوای آلوده به درون مجرایی که در تمام طول تونل تعبیه شده است مکیده می شود و به خارج تونل فرستاده می  شود.

  

تهویه به کمک مواد شیمیایی :

چنین سیستمی را می توان در تمام طول تونل به کاربرد، اما به دلیل هزینه بالا  کمتر مورد استفاده قرار می گیرد و معمولاً در موارد ویژه ای که تونل نزدیک مدرسه، مرکز خرید یا ناحیه مسکونی و دیگر اماکن شلوغ باشد مورد استفاده  خواهد بود.  

سرعت حدی در تهویه تونل - حریق

در شرایط حریق در داخل تونل  دود ناشی از آتش سوزی به طرف سقف تونل حرکت می کند و پس از رسیدن به سقف، در صورتی که سرعت تهویه طولی هوا در تونل به اندازه کافی بالا باشد، در مسیر حرکت هوا در تونل به حرکت در می آید و اگر سرعت هوا در تونل کم باشد، در هر دو طرف در تونل پخش می شود. بنابراین برای یک مدت کوتاه، فضایی بدون دود تا چند متری از کف تونل وجود دارد. به پدیده ایجاد یک لایه دود در بالای تونل، که در خلاف جهت حرکت هوا پیشروی می کند، عقب زدگی لایه دود می گویند. هنگامی که این لایه دود، دمای خود را به بدنه تونل و هوای اطراف آن منتقل کند، سرد می شود و به سمت پایین می آید و مجدداً به سمت محل حریق باز می گردد و فضای بدون دود در نزدیک زمین را از بین می برد. برای جلوگیری از پدیده عقب زدگی لایه دود، سرعت حرکت هوا در تونل نباید از یک حد آستانه موسوم به سرعت بحرانی کمتر باشد.

شبیه سازی حریق در تونل در حقیقت در صورت متناسب نبودن سرعت متوسط جریان هوا با سرعت بحرانی، یک جریان گردابی از دود ایجاد خواهد شد که می تواند موجب ایجاد خطرات جانی برای افراد حاضر در آن منطقه شود. به همین دلیل در حالت تهویه مکانیکی در تونل سرعت بحرانی تعریف می شود کهه در شرایط حریق و با تنظیمات انجام شده، سرعت متوسط جریان هوا به سرعت بحرانی نزدیک شود تا دود و گرما به صورت لایه ای در قسمت بالای تونل و در مسیر جریان هوای تهویه مکانیکی حرکت کرده و امکان تخلیه اضطراری افراد و حضور پرسنل آتش نشانی در آن قسمت مهیا گردد. در اکثر موارد پس از نصب تجهیزات تهویه مکانیکی و همچنین تجهیزات کنترلی، حریقی مصنوعی در داخل تونل ایجاد می گردد تا شرایط کلی تهویه مورد بررسی قرار گیرد. ایجاد این حریق و آتش مصنوعی در ابعاد کوچک در داخل تونل به ما کمک می کند تا شرایط واقعی بروز حریق را در داخل تونل تجربه کرده و برای این شرایط آماده شویم.

به منظور انجام پروژه های مطالعاتی محاسبات تهویه تونل، فرآیندهایی وجود دارد که باید به صورت منظم و با ترتیب خاصی انجام گیرد. به منظور آشنایی اولیه با مراحل و پروسه محاسبات تهویه تونل، فعالیت های اصلی این فرآیند، در ادامه ذکر خواهد شد.

  • دریافت نقشه های فنی و موقعیت تونل
  • بررسی مشخصات اقلیمی  منطقه و مشخصات ترافیکی محور
  • بررسی وضعیت آلاینده ها تولید شده توسط وسایل نقلیه و تحلیل آماری ترافیک
  • محاسبات تعیین هوای مورد نیاز جهت تهویه و حالت راهبندان و حریق
  • بررسی روشهای مختلف تهویه و انتخاب روش مناسب
  • شبیه سازی سیالاتی جریان هوا داخل تونل با نرم افزارهای SES, Fluent و flow works و پایروسیم(pyrosim)
  • مشخص کردن کلیه تجهیزات تهویه در روش انتخاب شده به همراه مشخصات فنی

مدلسازی حریق تونل در نرم افزار پایروسیم

شبیه سازی حریق در تونل

شبیه سازی حریق در تونل

شبیه سازی حریق در تونل