Schlüsselwörter
(Deutsch)
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Tunnel, Lüftung, Brand, Dimensionierung, Strömungswiderstand
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Schlüsselwörter
(Englisch)
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tunnel ventilation, fire, design, throttling effect
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Längslüftungssysteme in Strassentunneln werden für den Ereignisbetrieb auf eine minimale Strömungsgeschwindigkeit ausgelegt. Die Methodik ist in der Richtlinie ASTRA 13001 definiert. Es wird ein analytisches, stationäres, 1-d Strömungsmodell angewendet. Bei der Auslegung ist von vorgegebenen Szenarien auszugehen. Berücksichtigt werden Strömungswiderstände des Tunnelbauwerks, barometrische Druckdifferenzen, temperaturbedingter Auf- und Abtrieb, Winddruck sowie Strömungswiderstände der Fahrzeuge. Der Einfluss des Brandes als Strömungswiderstand wird vernachlässigt.
Der Strömungswiderstand eines Brandes in einem geschlossenen Kanal ist keine neue Entdeckung. Bereits in den 1960er Jahren wurde dieser Effekt in der Literatur beschrieben. Im englischen Sprachgebrauch wird er als "Throttling Effect" bezeichnet, denn der Brand wirkt ähnlich wie eine lokale Verengung des Tunnels. Auch wenn der Effekt in der Literatur als relevant eingeschätzt wird, sind nur wenig Forschungsergebnisse dokumentiert. Der Strömungswiderstand ist von der Brandleistung selbst, sowie von der Strömungsgeschwindigkeit abhängig. Aufgrund von Erkenntnissen aus vorhergehenden numerischen Simulationen erwarten wir, dass auch die Geometrie des Brandes und die Anordnung im Tunnelquerschnitt von Bedeutung sind.
Im Rahmen des Projekts soll der Strömungswiderstand in numerischen Simulationen mit FDS (Fire Dynamic Simulator) weiter untersucht werden. Die Simulationen werden mit Daten von Brandversuchen abgeglichen. Ziel ist eine Quantifizierung für realistische Szenarien (Variation von Brandleistung, Geometrie und Lage des Brandes im Querschnitt). Anschliessend wird die Relevanz für die Auslegung der Ereignislüftung dargestellt. Hierfür wird der evaluierte Druckverlust mit inhärenten Sicherheitsmargen der Richtlinie ASTRA 13001 verglichen.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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The design of the longitudinal tunnel emergency-ventilation is based on a defined minimal airflow velocity. The design approach is described in guideline ASTRA 13001. Nowadays, analytic calculation based on a stationary 1-d flow model is used as design approach for defined case scenarios. The model includes flow resistance of the tunnel, barometric pressure difference, thermally-induced buoyancy, wind pressure and flow resistance of cars. The influence of the fire as additional flow resistance is neglected. However, the flow resistance caused by a fire in a closed channel is not a new discovery. In the 1960s the effect already popped up in literature. In English usage the effect is called “Throttling Effect”, because it acts similar to a local restriction of the tunnel section. Only a few research results are known, even though the relevancy of the effect is remarkable according to literature. The flow resistance depends on the heat release rate and the flow velocity. According to the results of previously performed numerical simulations we expect, that also the fire-geometry and the location of the fire in the tunnel cross-section play an important role.
Within this research project, the flow resistance of tunnel-fires is further examined using numerical models and simulation technology with FDS (Fire Dynamic Simulator). Simulations will be compared to full-size fire tests. The aim is to quantify the influence for realistic case scenarios (variation of heat release rate, geometry and location of fire in cross-section). From the numerical results, the relevancy for the design of the tunnel emergency-ventilation is derived. Thereby, the evaluated pressure loss is compared to the inherent safety factors stated in guideline ASTRA 13001.
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Projektziele
(Deutsch)
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Das Forschungsprojekt beinhaltet die folgenden Ziele:
- Bestimmung der Strömungswiderstände von Bränden in Strassentunneln unter Berücksichtigung von Brandleistung, Geometrie des Tunnels, Strömungsgeschwindigkeit und Geometrie des Brandes.
- Relevanzbetrachtung im Zusammenhang mit der Auslegung der Tunnellüftung nach Richtlinie ASTRA 13001, Vergleich mit inhärenten Sicherheitsreserven der Richtlinie.
- Empfehlung zu Anpassung oder Beibehaltung der Vorgaben.
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Projektziele
(Englisch)
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The present research project addresses the following tasks:
- Investigation of the flow resistance of fires in road tunnels by variation of heat release rate, tunnel geometry, airflow velocity and fire geometry.
- Comparison between outcome of numerical simulations and ventilation layout according to design guideline ASTRA 13001, including inherent safety margins.
- Proposal for adaptation of the guidelines (if necessary).
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Berichtsnummer
(Deutsch)
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1679
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