Modelado numérico multiescala para simulación de incendios en túneles

El aumento del número y de las dimensiones de los túneles en las últimas décadas como resultado del proceso de globalización, hace que se requiera un análisis eficiente y exhaustivo del sistema de seguridad en los mismos. Una parte fundamental de la seguridad de los túneles la constituye su sistema de ventilación, que puede ser natural, longitudinal, semitransversal o transversal.
El correcto funcionamiento del sistema de ventilación de un túnel puede verificarse a través de simulaciones con programas CFD (Computational Fluid Dynamics), que permiten observar la respuesta de los equipos ante diversas condiciones externas. Sin embargo, debido a las grandes dimensiones de los túneles, el coste computacional de dichas simulaciones puede ser muy elevado (hasta del orden de semanas).
El modelado multiescala ofrece una solución al alto coste computacional requerido en las simulaciones CFD de túneles de gran longitud. A lo largo de este proyecto se realiza una validación del modelado multiescala, aplicado a túneles con ventilación longitudinal utilizando Fire Dynamics Simulator (FDS v. 6.5.3). Por un lado, se evalúa el método en condiciones de ventilación (sin fuego) aplicándolo al túnel Dartford y comparando los resultados numéricos obtenidos con los resultados experimentales presentados por Colella et al. [1]. Por otro lado, se valida la metodología multiescala en condiciones con fuego, aplicándola al túnel Runehamar y comparando los resultados obtenidos con los resultados de los ensayos realizados en el año 2003 y presentados por Ingason et al. [2].
El análisis de los resultados obtenidos muestran la validez del método multiescala en el análisis de perfiles de velocidad y de temperatura en el interior del túnel. Además, con dicha metodología se consigue una reducción del coste computacional de hasta un 70% en ausencia de fuego y de un 50% cuando la simulación se realiza con fuego.

As a result of the globalization process in recent decades, there has been an increased number and larger tunnels, which means the requirement of a more exhaustive and efficient analysis of their security systems. Ventilation system is a fundamental part in tunnel safety, which can be natural, longitudinal, semi-transversal or transversal ventilation.
The correct operation of the tunnel system ventilation can be verified through simulations with CFD (Computational Fluid Dynamics) programmes, which allow assessing the response of the ventilation equipment in different external conditions. Nonetheless, due to the large tunnel dimensions, the computational cost of the simulations can be very high (up to weeks).
Multi-scale modelling offers a solution to the high computational cost required in the simulation of long tunnels. Throughout this project, a multi-scale modelling validation is developed in tunnels with longitudinal ventilation using Fire Dynamics Simulator (FDS v. 6.5.3). On the one hand, the method is assessed with ventilation conditions (without fire) applying it to Dartford tunnel and comparing the obtained results with the experimental measurements presented by Colella et al. [1]. On the other hand, multi-scale modelling is validated in fire conditions, applying it to Runehamar tunnel and comparing the obtained results with the measurements of the Runehamar tests (2003) presented by Ingason et al. [2].
The results of this work show the validity of multi-scale methodology in the analysis of velocity profiles and temperature inside a tunnel. Moreover, this methodology reaches a reduction of the computational cost up to a 70% in simulations without fire, and a 50% in simulations with fire.