The jet fan is generally used to add thrust in the longitudinal ventilation system of road tunnel and the geometric conditions of jet fan such as the distance from tunnel wall have an effect on the performance of ventilation system. Numerical analyses on the flow in tunnel caused by operation of jet fan are presented to study the ventilation characteristics in tunnel. While the distance between jet fans in parallel installed in tunnel is changed 0.5 L/D to 3.0 L/D, the flowrate and mean velocity through tunnel are calculated for each cases. As the distance between jet fans increases, the flowrate through tunnel increases asymptotically and the momentum of tunnel flow is alike.
In the present study, ventilation flow rates and pressure rises through a road tunnel are simulated numerically using CFD with the various conditions such as roughness height, swirl angle of jet fan, entrance and exit effect and hub to tip ratio. By using a modified wall function, friction factor can be predicted under 10% of error with respect to the Moody chart for the circular pipe flow and 15%, for the present tunnel. For more precise design, the effects of the swirl angle and hub to tip ratio of jet fan, which is not included in the theoretical equation of pressure rise by jet fan are necessary to be considered.
Kim, Sa-Ryang;Hur, Nahmkeon;Kim, Young-Il;Kim, Ki-Jung
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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제11권4호
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pp.178-187
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2003
In this study, ventilation flow rate and pressure rise through a tunnel are simulated numerically using computational fluid dynamics (CFD) for various conditions such as roughness height of the surface of tunnel, swirl angle and hub/tip ratio of jet fan, and entrance and exit effects. By using a modified wall function, friction factor can be predicted with respect to the Moody chart within 10% of error for the circular pipe flow and 15% for the present tunnel. For more accurate design, the effect of the swirl angle and hub/tip ratio of jet fan, which is not included in the theoretical equation of pressure rise by jet fan needs to be considered.
국내에서 제트팬 설치 간격 기준으로 사용되고 있는 일본도로공단 기준은 제트팬의 구경에 따라 설치간격을 제시하고 있지만 국제 상설도로 협회(PIARC)에서는 터널 직경에 10배를 유지할 것을 권장하고 있다. 이 기준들에 의해 결정된 설치 간격은 최대 약 2배 정도의 차이를 나타내고 있으며 이러한 설치 간격의 차이는 터널 환기 방식 선정에 불리한 요건으로 작용될 수 있기 때문에 터널 내부의 기류분석을 통한 적정 설치 간격 기준이 필요하다. 본 논문에서는 Froude 상사이론에 기초하여 아크릴 재질의 축소비 1/40의 모형 터널(직경 215mm, 연장 6.9m)과 모형 제트팬(구경 26.3mm, 31.6mm)을 제작하여 터널 내부에서의 기류분석을 위해 터널연장을 따라서 압력과 속도의 변화를 측정하였고, 제트팬 가동시 제트팬 주위에서 외부 공기의 영향으로 발생될 수 있는 재유입 현상을 확인하기 위해서 제트팬 주변에서 압력변화를 측정하였다. 모형실험 결과에서는 터널 내부기류는 제트팬 구경에 영향을 받지 않고 터널직경에 약 9배 정도가 되는 지점에서 압력과 속도의 변화가 안정되는 것으로 나타났으며 제트팬이 가동되면서 발생되는 재유입 현상을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 통해 터널 내부에서의 제트팬 설치 시에는 터널 직경에 약9배 이상을 확보해야 한다고 판단된다.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제2권4호
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pp.449-455
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2009
A reversible axial flow fan called jet fan has been widely used for longitudinal ventilation in road tunnels to secure a safe and comfortable environment cost-effectively. As shifting the flow direction is usually made by only switching the rotational direction of an electric motor due to heavy duty, rotor blades having identical aerodynamic performance for bidirectional flow should be necessary. However, such aerodynamically desirable blades haven't been developed sufficiently, since most of the related studies have been done from the viewpoint of unidirectional flow. In the present paper, we demonstrate a method to profile the blade section suitable for bidirectional flow, which is validated by studying the aerodynamic performances of rotor blades of a two-stage jet fan experimentally and numerically.
As tunnel ventilation has recently been playing a major role in the tunnel construction and maintenance, longitudinal ventilation systems with jet fans have been utilized a great deal because they are economical and effective. However, due to the length of tunnels and heavy traffic, it is hard to take the field measurements. In this study, therefore, the computer simulation and the model experiment of producing a wind tunnel were carried out simultaneously and the results were compared. The ultimate objective of this research was to interpret the air flow pattern inside the tunnel with a jet-fan was set up, and to offer the useful data for jet-fan installation and operation. The experiment was carried out with varying the jet-fan diameters, location of installation, the discharge velocity. Result showed that as the initial static pressure came up with the negative pressure, the tunnel air flowed into the inside of tunnel from outside due to the entrainment-effect and the backflow-phenomenon by separation-effect was observed in the lower half part of the tunnel. As the jet-fan was getting closer to the tunnel wall, the entrainment-effect caused by the interaction with the wall was increased; however, the mixing distance and irregular flow section became longer, and also the air pressure loss generated by wall friction was large.
This paper presents an optimization procedure for performance improvement of a tunnel ventilation jet fan. Optimization techniques based on response surface approximation (RSA) are employed to improve the aerodynamic performance of a tunnel ventilation jet fan. For numerical analysis, three-dimensional Renolds- averaged Navier-Stokes (RANS) equations with shear stress transport turbulence model are discretized by using finite volume approximations and solved on hexahedral grids to evaluate the total efficiency at the operating condition as the objective function. Four geometric variables defining the meridional length and the thickness profile at the hub and shroud in the jet fan rotor are selected as design variables for the numerical optimization. The results of the numerical optimization show that the total efficiency of the optimized model is significantly improved in comparison with the base model.
In this paper, the flow characteristics of an axial fan spraying isothermal compact jet in a confined space were investigated by the experimental methods, the numerical method, and the free jet theory According to the results, the numerical result and the experimental result are agreed well qualitatively and different quantitatively within $\pm1.0%$ for the centerline velocity, the entrainment ratio, and the maximum throw. However, the free jet theory can reasonably predict the centerline velocity except the entrainment ratio and the maximum throw. In other words, the entrainment ratio and the maximum throw by 1.he free jet theory are hard to estimate the characteristics of jet because of restriction of c confined space.
In this study, fire simualtion was performed to examine the necessity of smoke control system in the tunnel fire. The heat release rate was set to 5 MW and 20MW, and the visibility was measured at 1.8 m, which is the breathing limit, when there is no jet fan. Through this, it was confirmed that 5 MW did not affect the visibility even without the jet fan, and in the case of 20 MW, a jet fan was required to secure the visibility. The visibility was measured at the same location by installing the jet fan, and the simulation was performed by reducing the design volume flow rate of 8.5 m3/s by 80% and 50%, respectively. As a result, it was confirmed that sufficient visibility was secured when the design flow rate and 80% were reduced.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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