Strömungswiderstand von Bränden in Strassentunnels - Validierung

• Forschungsstelle: ASTRA SBT
• Projektnummer: BGT_20_00A_01
• Projekttitel Englisch: Flow Resistance of Fires in Road Tunnels - Validation

Schlüsselwörter (Deutsch)

Strassentunnel; Tunnelsicherheit; Tunnellüftung; Tunnelbrand; Richtlinie ASTRA 13001; Strömungswiderstand

Schlüsselwörter (Englisch)

road tunnel; tunnel safety; tunnel ventilation; fire; guideline ASTRA 13001; throttling effect

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Die Auslegung von Längslüftungssystemen in Strassentunnels nach Richtlinie ASTRA 13001 basiert auf 1-D Strömungsmodellen, welche den Einfluss eines Brandes auf den Strömungswiderstand - den "Throttling Effect" - im Tunnel unzureichend beschreiben. In vorhergehenden Studien wurde mittels 3-D Strömungsimulationen Druckverluste ermittelt, welche auf räumliche Effekte eines Brandes zurückzuführen ist (Temperaturschichtung). Es existieren jedoch keine experimentellen Untersuchungen um die Daten aus der Strömungssimulation zu validieren.
Im Rahmen des Projektes sollen grossskalige Brandversuch durchgeführt werden, und der Druckverlust sowie das Temperatur- und Strömungsprofil in der Abströmung vom Brand gemessen werden. Die Versuche werden in einem Testtunnel von 600 Metern Länge und einer Brandleistung von 5 bis 10 MW in Spanien durchgeführt, in welchem die Zugänglichkeit für das Einbringen und den Schutz der Messeinrichtung gewährleistet ist. Die numerischen Simulationen werden einerseits mit dem Fire Dynamic Simulator (FDS), sowie einer zweiten Applikation wie z.B. OpenFOAM durchgeführt und mit den Daten aus den Brandversuchen abgeglichen und validiert. Das validierte Modell wird anschliessend auf weitere Tunnelkonfigurationen des ASTRA Strassennetzes angewendet und der Strömungswiderstand im Brandereignis berechnet. Aus den Ergebnissen werden Empfehlungen für die Ergänzung der Richtlinie ASTRA 13001 abgeleitet.

Kurzbeschreibung (Englisch)

The design of longitudinal ventilation systems in road tunnels according to guideline ASTRA 13001 is based on 1-D flow models, which inadequately describe the influence of a fire on the flow resistance - the "throttling effect" - in the tunnel. In previous studies, 3-D flow simulations were used to determine pressure losses, which can be attributed to spatial effects of a fire (temperature stratification). However, no experimental studies exist to validate the flow simulation data.
Within the scope of the project, large-scale fire tests will be performed and the pressure loss as well as the temperature and flow profile in the downstream flow from the fire will be measured. The tests will be carried out in a test tunnel 600 meters long and with a fire power of 5 to 10 MW in Spain, where accessibility for the insertion and protection of the measurement equipment is guaranteed. The numerical simulations are carried out using the Fire Dynamic Simulator (FDS) on the one hand, and a second application such as OpenFOAM on the other hand, and are compared and validated with the data from the fire tests. The validated model is then applied to other tunnel configurations of the ASTRA road network and the flow resistance in the fire event is calculated. Recommendations for the amendment of the ASTRA 13001 guideline will be derived from the results.

Projektziele (Deutsch)

Das vorliegende Forschungsprojekt beinhaltet folgende Ziele:
- Grossskalige Brandversuche auf einer Testanlage in Spanien sind durchgeführt und die Druckverteilung entlang des Tunnels sowie Querprofile der Strömungsgeschwindigkeit und Temperatur stromab des Brandes gemessen
- Ein numerisches 3D-Strömungsmodell zur Quantifizierung des Strömungswiderstandes eines Strassentunnels im Brandereignis ist entwickelt und validiert
- Das numerische Strömungsmodell ist auf fünf weitere Tunnelkonfigurationen des ASTRA Strassennetzes mit Variation des Tunnelquerschnitts, Länge und Führung der Fahrbahn übertragen
- Eine Empfehlung für eine allfällige Anpassung der Richtline für Tunnellüftungen ASTRA 13001 ist erstellt

Projektziele (Englisch)

The present project includes the following objectives:
- Large-scale fire tests on a test facility in Spain are executed and the pressure distribution along the tunnel as well as cross profiles of the flow velocity and temperature downstream of the fire are measured
- A numerical 3-D flow model to quantify the flow resistance of a road tunnel in the event of fire is developed and validated
- The numerical flow model is applied to five other tunnel configurations of the ASTRA road network with variations of the tunnel section, length and guidance of the roadway
- A recommendation for a possible adaption of the guideline for tunnel ventilation ASTRA 13001 is established