Modellierung von Tunnelbränden - Kopplung von Fluid und Struktur

Heute verfügbare Technik ermöglicht es, die Wärmetransportmechanismen im Brand, an der Bauteiloberfläche und im Bauteil mittels CFD zu koppeln. Die Kopplung von Fluid und Struktur wurde am Beispiel eines 100-MW-Tunnelbrands mit CFD (Computational Fluid Dynamics) untersucht. Die instationären Berechnungen wurden mit dem CFD-Programm ANSYS Fluent durchgeführt. Der infolge eines Lkw-Unfalls verursachte n-Heptan-(C7H16)-Brand wurde mit dem Eddy-Dissipation-Verbrennungsmodell modelliert.
Das Fluid- und Solid-Gebiet wurden durch ein ‘Interface’ gekoppelt. Die instationäre Wärmeleitung des Bauteils mit einer Höhe von 0,4 m wurde mit der dreidimensionalen Fourier'schen Wärmeleitungsgleichung modelliert und das instationäre thermische Verhalten des quarzhaltigen Betonbauteils analysiert. Temperaturabhängige Stoffkennwerte wurden berücksichtigt.

Modeling tunnel fires - Coupling of fluid and structure
The current technology allows the coupling of the temperature-dependent heat transfer mechanisms in case of fire within the structural components and at their surface by means of computational fluid dynamics (CFD). In this paper the thermal coupling of a fluid and a solid region in case of a 100 MW tunnel fire caused by a truck was carried out with CFD. The transient fire simulations were performed with the CFD program ANSYS Fluent. The fire was modeled by the combustion of n-heptane (C7H16) using the eddy dissipation model.
The fluid and the solid region were coupled by an interface. The unsteady heat conduction for the 0.4 m thick concrete structure is modeled by using the Fourier heat transfer equation. The transient thermal behavior of quartz containing concrete component was analyzed. Temperature-dependent material properties were considered.