Rautatietunnelin suuaukon numeerinen virtauslaskenta pakkasolosuhteissa
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2019-10-21
Department
Major/Subject
Sustainable Energy in Buildings and Built Environment
Mcode
ENG3068
Degree programme
Master's Programme in Advanced Energy Solutions (AAE)
Language
fi
Pages
96
Series
Abstract
Junatunneleissa ilman virtausolosuhteet poikkeavat huomattavasti tavanomaisista kiinteistöistä. Suomessa Tunnelien suunnittelussa on huomioitava kylmän pakkasilman virtaus tunneliin ja siitä aiheutuva tunnelin jäätymisriski. Tunneleiden ilmanvaihdon suunnittelussa on käytetty jo kauan yksiulotteista virtaussimulointia. Toisaalta myös kolmiulotteinen simulointi ja siihen liittyvät tutkimukset ovat lisääntyneet samalla, kun mallinnukseen käytettävät ohjelmat ovat parantuneet ja laskennan kustannukset ovat laskeneet. Kolmiulotteisella virtausmallinnuksella tunnelin ilmanvaihdon suunnittelija voi tutkia ja varmistaa suunnitelmien toimivuutta yksittäisissä kohdissa, joissa yksiulotteisten simulointien luotettavuus ei ole riittävä. Tässä diplomityössä tutkittiin junatunnelin suuaukon virtausmallinnusta liittyen Pisararata-hankkeeseen. Pisararadan tunnelin suuaukoilla kaksi yksittäistä tunnelia yhdistyvät lyhyeksi tuplatunneliosuudeksi. Työssä tutkittiin Autodesk CFD virtausmallinnusohjelmistolla kiertääkö lämmin ilma näiden kahden yksittäisen tunnelin välillä tuplaratatunnelissa pakkasolosuhteissa. Työssä hyödynnettiin lähtötietoina aikaisempia yksiulotteisia simulointeja, josta tunnistettiin sopivat simulointitilanteet ja reunaehdot kolmiulotteisille simuloinneille. Työn validointina simuloitiin aikaisempaan tutkimukseen liittyvä kohde, josta oli saatavilla kokeellista mittausaineistoa. Validointitutkimuksen simulaatioiden tulokset eivät vastanneet täysin kokeellisesti mitattuja arvoja, mutta seurasivat laadullisesti oikein junan aiheuttamaa paineen ja nopeuden kehitystä tunnelissa. Pisararataan liittyvissä simuloinneissa huomattiin, että ilma kiertää kahden yksittäisen tunnelin välillä oikeanlaisissa olosuhteissa. Kylmää ilmaa virtaa kuitenkin tunneliin junien ajaessa sieltä sisään ja ulos. Ilman kiertämiseen voidaan vaikuttaa ohjaamalla yksittäisten tunneleiden ilmavirtoja, mutta varmin keino ehkäistä jäätymisestä koituvat haitat on tunnelin riittävä eristäminen.The airflow conditions in train tunnels are significantly different from conventional real estate. In Finland, the design of tunnels must consider the flow of cold air into the tunnel which poses the risk of freezing the tunnel. One-dimensional flow simulation has long been used in tunnel ventilation design. On the other hand, 3D simulation and related studies have also increased as the software used for modeling has improved and the cost of computing has decreased. With three-dimensional flow modeling the tunnel ventilation designer can investigate and verify the functionality of the design plans at single points where the reliability of one-dimensional simulations is not sufficient. This master’s thesis investigated the flow modeling of the train tunnel portal in connection with the Pisara railway tunnel project with CFD (Computational Fluid Dynamics). At the portal of the tunnel, two individual tunnels combine to form a short double tunnel section. This work investigated with Autodesk CFD flow modeling software whether warm air circulates between the two individual tunnels at the double tunnel section under cold climate conditions. In the thesis, previous one-dimensional simulations were used as initial data from where suitable simulation situations and boundary conditions for three-dimensional simulations were identified. Experimental data from a previous CFD study was used to validate the train induced flow phenomena studied in this thesis. The simulations made with Autodesk CFD did not fully correspond to the experimentally measured values but were qualitatively correct for train pressure and speed developments caused by a moving train in the tunnel. Simulations related to the Pisara railway tunnel showed that air circulates between two individual tunnels when the conditions are right. However, cold air flows into the tunnel as trains drive in and out. Air circulation can be induced by controlling the airflow of the individual tunnels before the double tunnel section but still the safest way to prevent the effects of freezing is to use adequate thermal insulation.Description
Supervisor
Kosonen, RistoThesis advisor
Nisula, MarkusKeywords
virtauslaskenta, ilmavirtaus, ilmanvaihto, Pisararata, junatunneli