3. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD)

HAD yaklaşımı temel olarak, oluşturulan modelde, modelin binlerce bazen milyonlarca küçük parçaya bölünmesi ve bölünen her parça için Navier-Stokes -ya da basitleştirilmiş formlarının- gerçeğe en yakın çözümünün sanal ortamda yapılmasıdır. HAD modellerinde genellikle model büyüklüğü konusunda herhangi bir kısıtlama olmamasına rağmen, model büyüdükçe gerek çözüm zamanları gerekse hesaplama gücü ihtiyacı artmaktadır. Örneğin günümüz PC'leri ile iki istasyon ve aradaki tünel analiz edilebilir ancak daha fazla sayıda tünel aynı anda incelenmek istenirse o zaman küme ya da paylaşımlı bellek bilgisayar altyapısına ihtiyaç duyulur. Bunun sebebi oluşturulan modellerden doğru sonuç alabilmek için modelin yeterli sayıda parçaya bölünmesi gerekliliğidir. Sayısal ağ olarak tabir edilen bu bölme işlemi sonucunda aşağıda gösterilene benzer gridli yapılar ortaya çıkar.

Uygun fiziksel modellerin ve sınır koşullarının seçilmesi ile yangın senaryosu tanımlanmış olur. Senaryoda oluşturulan modele göre, yangının nerede çıkacağı, kaç MW'lık bir yangın olduğu, fanların hangi yönde çalışacağı, varsa damperlerin açısı belirlenir. Genelde en kötü durum için senaryo oluşturulur. Bu durum trenin iki istasyona da, haliyle istasyonlardaki fanlara en uzak olduğu durum için, ya da tünel eğitiminin en fazla olduğu durum için, ya da varsa makas bölgelerinde yangının çıkması durumu için tanımlanır.

Yapılan analizler ile oluşturulan her grid noktasında hız, sıcaklık, basınç ve duman yoğunluğu değerleri öğrenilebilir. Bu değerler incelenirken yolcuların tahliyesi esnasında yolcuların sıcak dumana maruz kalıp kalmadıkları ve tünel içerisindeki hız büyüklükleri bakılan en önemli parametrelerdir. Yangın sonucu oluşan duman, yüksek sıcaklığının etkisi ile hafifler ve tünel tavanına yükselir. Fanların çalışma yönü ve varsa tünelin eğimi, dumanın hangi yöne doğru gideceğini belirler. Tahliye yönünün aksi yönde çalıştırılan fanlar yeterince güçlü değillerse, tünel içindeki toplam basınç kaybını yenemezler ve oluşturdukları debi sıcak dumanı tahliye etmeyi başaramaz. Ya da tünel içerisindeki hız büyüklükleri kritik değerlerin altında veya üstünde olabilir. Hızların kritik değerlerin altında kalması duman difüzyonuna neden olurken, üstüne çıkması ise özellikle çocukların yüksek bir dirence karşı ilerlemeleri gibi olumsuz bir durum doğurur.

Aşağıdaki resimlerde 15 MW'lık bir yangında yaklaşık 800 metrelik bir tünel için 4 adet jet fan ile yapılan havalandırma sonucu kararlı rejime ulaşmış sıcaklık dağılımı ve akış çizgileri gösterilmiştir. Sıcaklık konturları ile fanların sıcak havayı nasıl emdiği açık bir şekilde görülmektedir. İstasyon tavanına yakın olan fan hafif olduğu için yükselen sıcak havayı daha iyi emerken, alçakta duran fan aynı verimlilikte emememektedir. Bu da dumanın bir kısmının istasyona kaçmasına sebep olmaktadır, çünkü fan odası tünel ile istasyon arasına konumlandırılmıştır. Akış çizgileri ise damperlerin akışı nasıl yönlendirdiğini, varsa tüneli gitmesi gerekirken istasyona kaçış yapan havanın görüntülenmesinde kullanılır.

Şekil 3. HAD sonuçları, sıcaklık (üstte) ve akış çizgileri

Hesaplamalı akışkanlar dinamiğinin tünel analizlerinde kullanılabileceği bir başka alan da görüş mesafesinin hesaplanmasıdır. Yangın esansında oluşan dumanın kaçış yönünün aksi yönde tahliyesi sırasında kaçış yönüne difüze olan duman görüş mesafesini düşüreceği için tahliyeyi de zora sokabilir. Bu amaçla yapılan bir çalışmada havalandırmanın soldan sağa olduğu durum için sıcaklık ve görüş mesafesi konturları aşağıda gösterilmiştir.

Şekil 4.

Şekil 5. Görüş mesafesi ve duman yoğunluğu