Estudio Numérico Usando el Código FDS para el Confinamiento Celular de Calor al Interior de Túneles

Abstract

El presente trabajo consiste en el estudio, por medio de simulación numérica usando el código FDS (Fire Dynamics Simulator), del fenómeno de difusión y convección desde una fuente de calor al interior de un túnel vial, provisto de un sistema de confinamiento celular con cortinas de aire doble jet - doble flujo. El trabajo se enmarca en el proyecto FONDECYT Nº1085015, que apunta a la caracterización experimental y numérica de los fenómenos de transporte de calor, de momentum y de masa, a través de un dispositivo de cortinas de aire doble jet – doble flujo. Este estudio se motivó por la importancia de definir las condiciones óptimas de operación de este tipo de sistemas de confinamiento; por el creciente uso de programas de cálculo numérico; y por el creciente interés en el desarrollo de sistemas de ventilación y confinamiento de gases de combustión al interior de túneles viales. Las simulaciones numéricas se llevaron a cabo utilizando el código FDS, con el fin de familiarizarse con el uso del código en esta situación. Este software implementa el modelo de turbulencia LES (Large Eddy Simulation), que calcula directamente las vorticidades de gran escala, que tienen mayor influencia en el transporte de energía y de masa, y las de menor escala son filtradas, modelándose su efecto disipativo. Se simularon dos casos, los cuales se definieron de manera de hacerlos comparables con resultados experimentales disponibles. Los resultados muestran que FDS predice un comportamiento de la doble cortina de aire similar al observado experimentalmente, tanto para los perfiles de velocidad como para los gradientes de temperatura. Además se evidencia la naturaleza plana de las cortinas de aire, al compararse los perfiles en distintas secciones del túnel. También muestran que el incluir los ductos de ventilación en el modelo a simular no tiene gran impacto sobre la dinámica de las cortinas de aire en el túnel. Se concluye que FDS predice de buena manera la capacidad confinatoria de las cortinas de aire confirmándose esto por resultados experimentales disponibles. Las cortinas de aires son capaces de confinar en la medida que ambos jets de cada cortina no se hayan fusionado en uno solo. Una vez que se fusionan en un jet único, el gradiente de temperatura disminuye notablemente. Sin embargo, la diferencia entre los resultados numéricos con experimentales indica la importancia de definir correctamente las condiciones de borde.