A study on the program development for area optimizing of damper ports in road tunnels with transverse ventilation system

횡류식 도로터널의 급, 배기구 포트 개구면적 최적화 프로그램 개발 연구

Abstract

The purpose of the optimization of the installation of supply/exhaust ports for tunnels with transverse ventilation system is to supply fresh air from outside to inside of tunnels uniformly and exhaust pollutant from tunnels properly for creating safe and clean environment for tunnel users. For this purpose, a ventilation port area optimization program was developed to obtain a uniform supply or exhaust air volume inside a great depth double deck tunnel with transverse ventilation system. In order to area optimize the developed port sizing program, the wind velocity was measured in the duct of the currently operated tunnel with semi-transverse ventilation. Also 3D cfd was performed on the same tunnel and cfd results were compared to the measured value. As a result, the error rate between the predicted value from the program and measured value was 6.72%, while the error rate between the predicted value from the program and 3D cfd analysis value was 4.86%. Both of comparison results show less than 10% of error rate. Thus It is expected that supply/exhaust port optimization design of transverse ventilation tunnel can be possible with using this large exhaust port area optimization program.

횡류식 환기 시스템이 설치된 터널에서 급, 배기구 포트 개구면적의 최적화는 외부로부터 터널 내에 급기되는 신선공기의 분배를 균일하게 하고 터널 내 오염물질을 효율적으로 배출하여 터널 이용자에게 안전하고 쾌적한 터널 환경을 제공하기 위한 것이다. 이를 위하여 횡류 환기방식이 적용된 대심도 복층터널 내부에 균일한 급기 또는 배기풍량을 얻기 위해서 급, 배기구 포트 면적계산 및 최적화하기 위한 프로그램이 개발되었다. 개발된 포트 면적 계산 및 최적화 프로그램의 신뢰성 확보를 위해 현재 운영 중인 반횡류 환기방식을 적용하고 있는 터널의 덕트 내 풍속을 측정하였다. 또한 동일한 터널에 대한 3차원 수치해석을 수행하였고 CFD 결과를 측정된 값과 비교하였다. 분석결과, 프로그램이 예측한 값과 현장측정결과의 오차율은 약 6.72%를 보이고 있으며, 3차원 수치해석 결과와의 오차율은 약 4.86%로 나타났다. 두 결과 모두 10% 이내의 오차율을 보이고 있으므로, 이 포트 개구면적 최적화 프로그램을 사용해서 횡류식 터널의 급기 및 배기 포트의 최적화 설계가 가능할 것으로 기대된다.

Fig. 1. Monoxide accident and ventilation shaft installation of Liberty tunnel

Fig. 2. Overview of tunnel section with transverse and semi-transverse ventilation system

Fig. 3. Overview of tunnel ventilation system

Fig. 4. Sensor installation overview

Fig. 5. Wind speed measurement overview

Fig. 6. Distribution of air velocity in field measurement duct

Fig. 7. 3D modeling overview

Fig. 8. Pressure contour

Fig. 9. Velocity contour

Fig. 10. Pressure distribution

Fig. 11. Velocity distribution

Fig. 12. Data input window

Fig. 13. Pressure distribution

Fig. 14. Velocity distribution

Table 1. Tunnel specifications

Table 2. Supply air flow and damper quantity

Table 3. duct zoning

Table 4. Comparison of air velocity in a duct