شبیه سازی عددی جریان سیال و انتقال حرارت همراه با انتشار دود ناشی از آتش سوزی در تونل ها و ایستگاه های مترو

با توجه به انتقال تعداد زیادی از مسافران توسط سیستم های حمل و نقل درون شهری مترو، آتش سوزی در ایستگاه های مترو به دلیل بسته بودن فضا و احتمال وجود صدمات قابل توجه انسانی و مالی، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. همچنین مطالعات انجام شده بر روی آتش سوزی های واقعی رخ داده در انواع تونل ها، شامل تونل های مترو، راه آهن و جاده نشان می دهد که بیش از نیمی از آتش سوزی ها در تونل های مترو اتفاق افتاده است. شبیه سازی گسترش آتش و انتشار دود در ایستگاه های مترو از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده و به وسیله آن می توان نقایص و مشکلات سیستم مکش دود را مشخص نموده و حتی پیشنهاداتی برای تغییر وضعیت معماری ایستگاه ارائه نمود. شبیه سازی عددی آتش سوزی محدوده وسیعی از علوم همانند، کامپیوتر، روش های عددی، دینامیک آتش و علم شیمی را شامل می شود. شبیه سازی عددی نقش بسیار مهمی را در تحقیقات بر روی آتش ایفا می کند و در واقع ارائه دهنده یک مسیر کارآمد، قابل اطمینان و اقتصادی برای تحقیقات بر روی آتش و یک ابزار ضروری در این زمینه می باشد. بنابراین یک شبیه سازی عددی معتبر، یک ابزار مناسب برای تهیه اطلاعات بیشتر می باشد. هم چنین در بسیاری از حالات، شبیه سازی های عددی می توانند به صورت یک پیش بررسی، قبل از انجام آزمایشات تجربی استفاده شوند و ارائه دهنده اطلاعات مناسبی به صورت راهنما برای آزمایشات باشند. به طور کلی مدل های مورد استفاده برای شبیه سازی آتش و انتشار دود را می توان به دو دسته مدل های ناحیه ای و مدل های میدانی تقسیم نمود. مدل های ناحیه ای یک بعدی بوده و ساده ترین نوع مدل های کامپیوتری می باشند، در مقابل مدل های میدانی برای فضاهای سه بعدی مورد استفاده قرار می گیرند و در واقع همان روش های شبیه سازی عددی هستند که برای حل نیازمند کامپیوتر های قدرتمند می باشند. در این تحقیق در ابتدا ویژگی های آتش و دود، خطرات ناشی از آن در ایستگاه های مترو و برخی پارامترهای مهم برای شبیه سازی ازجمله نرخ تولید دود، نرخ حرارت آزاد شده و سرعت بحرانی مورد بررسی قرار گرفته شده است. بدین منظور بررسی کامل و جامعی برای تعیین این پارامترها و نحوه اعملال آن هنگام شبیه سازی انجام گرفته است که قابل استفاده برای شبیه سازی آتش سوزی و توزیع دود در پروژه های مشابه می باشد. بدین ترتیب با در نظر گرفتن پارامترهای فوق هدف اصلی در این تحقیق شبیه سازی آتش در فضاهای بسته و به طور ویژه تونل ها و ایستگاه های مترو می باشد. به همین منظور از نرم افزار فلوئنت برای شبیه سازی عددی جریان سیال همراه با آتش سوزی و انتشار دود استفاده شده است. این تحقیق شامل سه مرحله متفاوت می باشد. در مرحله اول، با استفاده از شبیه سازی آتش در یک فضای بسته ، مدل های مختلف توربولانسی شامل k-? و les مورد بررسی قرار گرفته شده و در نهایت مدل مناسب توربولانس که les می باشد انتخاب شده است. علت این انتخاب دقت بالای این مدل برای در نظر گرفتن ادی های موجود در نزدیکی آتش و امکان محاسبه دقیق تر کمیت های مختلف از جمله دما و سرعت می باشد. در مرحله دوم به منظور تایید نتایج شبیه سازی، نتایج حاصله با نتایج موجود تجربی و عددی به دست آمده از fds برای یک تونل جاده ای خاص مقایسه شده است. در مرحله نهایی نیز شبیه سازی آتش با نرخ حرارت آزاد شده mw 6 برای سوخت هپتان در یک مدل سه بعدی ایستگاه مترو انجام شده است. با بررسی توزیع دما، سرعت و غلظت دود موجود در ایستگاه، سیستم های تهویه آن شامل مکش از طریق دریچه هاو ورودی های تونل مورد بررسی قرار گرفته است. در پایان این نکته حائز اهمیت می باشد که روش شبیه سازی نتایج حاصله و اطلاعات موجود در این تحقیق می تواند به عنوان یک مرجع مناسب در زمینه شبیه سازی آتش در محیط های بسته نظیر تونل ها و ایستگاه های مترو مورد استفاده قرار گیرد.