Duvar kaplamasının yol tüneli yangınına etkisi

Abstract

Dünyada olduğu gibi Türkiye'de de karayolu üzerinde birçok tünel bulunmakta ve sayıları giderek artmaktadır. Karayolu tünelleri ulaşım açısından kolaylık sağlamakla beraber işletilmesi ve güvenliğinin sağlanması açısından oldukça zor bir yapıdır. Hacimsel olarak kapalı bir kutu gibi düşünülen tünellerde yangın gibi olumsuz bir durumda tünel içerisinde neler olacağının belirlenmesi, olası senaryolar düşünülerek gerekli emniyet tedbirlerinin alınması gerekmektedir. Can güvenliği ile beraber içerideki sistemlerin ne derecede etkileneceğinin bilinmesi alınacak tedbirler ve kurulacak sistemlerin belirlenmesi açısından da büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmanın temeli tünel içerisindeki bir yangında oluşan yüksek sıcaklık dağılımının olası etkilerinin incelenmesidir. Bununla beraber beton duvarlar üzerine eklenecek herhangi bir katmanın sıcaklık dağılımını nasıl değiştireceği de araştırılmıştır. Yangına bağlı oluşacak ısının duvar yüzeyinden transferi ve farklı özelliklere sahip katmanlar üzerinde etkileri incelenmiştir. Normalde tünel yapı itibariyle, toprak yoğunluklu bir dağ içerisine gömülü beton yüzeylere sahip olduğundan çalışmada kullanılan model iki tabaka olarak tasarlanmıştır. Üçüncü tabaka olarak ise Kalsiyum-silikat, Alüminyum ve Nikel olmak üzere üç ayrı katman eklenerek, ısı transferi karakteristikleri incelenmiştir. Nümerik analizler ANSYS/FLUENT programı ile standart k-ɛ modeli kullanılarak yapılmıştır. Herhangi bir fana yani cebri bir havalandırmaya sahip olmayan tüneller esas alınarak kütlesel akışa sahip sıcak bir gaz üzerinden modelleme yapılmış ve çözümler zamana bağlı olarak yapılmıştır. Üçüncü katman ile yapılan analizlerde en fazla ısı transferi Alüminyum ile Nikel tabakalarda elde edilmiştir. Sonuçlar üzerinde ısı iletim katsayısı ile beraber ısıl atalet, yoğunluk ve özgül ısının da etkili olduğu gözlenmiştir. Ayrıca üç katmanlı Kalsiyum-Silikat tabaka ile iki katmanlı tabakada benzer sonuçlar elde edilmiştir.

As in the world, there are many tunnels on the highway in Turkey, and their number is gradually increasing. Although the road tunnel is convenient in terms of transportation, it is a very difficult structure to operate and ensure its safety. It is necessary to determine what will happen in the tunnel in a negative situation such as a fire in tunnels that are considered as a volumetrically closed box, and the necessary safety measures should be taken by considering possible scenarios. Along with life safety, knowing the extent to which the systems inside will be affected is also of great importance in terms of determining the measures to be taken and the systems to be installed. The basis of this study is the study of the possible effects of the distribution of high temperature in a fire in a tunnel. In addition, it has also been investigated how any layer to be added on concrete walls will change the temperature distribution. The transfer of heat from the wall surface due to fire and its effects on layers with different properties have been studied. The model used in the study is designed as two layers, since normally the tunnel structure has concrete surfaces embedded in a mountain of soil density. As the third layer, three separate layers were added, namely Calcium-silicate, Aluminum and Nickel, and the heat transfer characteristics were studied. Numerical analyses were performed using the ANSYS/FLUENT program and the standard k-ɛ model. Modeling was performed on a hot gas with mass flow based on tunnels that do not have any fan, that is, forced ventilation, and solutions were carried out depending on time. In the study with the third layer, it was shown that the greatest heat transfer was achieved in Aluminum and Nickel layers, and the results were very close. It has been observed that thermal inertia, density and specific heat are also factors along with the heat conduction coefficient on the results. In addition, similar results were obtained with a three-layer Calcium-Silicate layer and a two-layer layer.