Boyuna havalandırmalı bir tünelde yangın çıktığında temel soru şudur: duman, tahliye yönünde kalacak mı yoksa akışa karşı geri yayılacak mı? Geri yayılan duman katmanına backlayering, bunu durduran en düşük boyuna hıza kritik hız denir.
Kritik hız neye bağlıdır
Kritik hız sabit bir sayı değildir; ısı salım hızının (HRR), tünel kesitinin ve eğiminin fonksiyonudur. Wu ve Bakar'ın çalışması, boyutsuz ısı salım hızı ile boyutsuz kritik hız arasındaki ilişkiyi hem tam ölçekli hem küçültülmüş ölçekli deneylerle kurar ve Froude benzerliğine dayalı yarı-ampirik bağıntılar önerir [1].
Kritik ayrıntı şudur: ilişki doğrusal değildir ve doyuma gider. Düşük HRR'de kritik hız ısı salımıyla artar, ancak belirli bir eşiğin üzerinde neredeyse sabitlenir. Bu yüzden "iki katı yangın, iki katı hız" kabulü yanlıştır ve gereğinden büyük fan seçimine yol açar.
NFPA 502, kritik hız ve sınırlama hızı (confinement velocity) kavramlarını yol tünelleri için tanımlar; amaç, dumanın altında yaşanabilir bir ortam bırakacak şekilde kararlı ve tabakalı bir duman katmanı sağlamaktır [2].
Fazla hız da bir hatadır
Kritik hızın belirgin biçimde üzerine çıkmak zararlıdır: duman tabakası karışır, tabakalanma bozulur ve yangın kaynağının aşağısında görüş mesafesi ile sıcaklık koşulları hızla kötüleşir. Yangını da besler. Havalandırma tasarımının hedefi en yüksek hız değil, kritik hızın hemen üzerinde kontrollü bir hızdır.
Modelleme kararları
Problem zamana bağlıdır. Yangının büyüme eğrisi, duman cephesinin ilerlemesi ve fanların devreye girme sırası — hepsi zamanın fonksiyonudur. Kalıcı rejim yalnız nihai durumu verir, tahliye süresince ne olduğunu değil. Bkz. kalıcı mı zamana bağlı mı notu.
Kaldırma kuvveti baskındır. Duman tabakasını ayakta tutan şey yoğunluk farkıdır; bu bir doğal taşınım problemidir ve Boussinesq yaklaşımı burada geçersizdir — sıcaklık farkı birkaç yüz derecedir, yoğunluk sıcaklığın gerçek fonksiyonu olarak çözülmelidir.
Radyasyon ihmal edilemez. Yangın sıcaklıklarında baskın mekanizma radyasyondur ve duman katılımcı bir ortamdır. Bkz. radyasyon notu.
Jet fanlar itki olarak modellenir. Kanatları çözmek gereksizdir; fan, tanımlı bir itki ve çıkış hızı veren bir hacim olarak temsil edilir. Önemli olan fanın tavana uzaklığı ve fanlar arası mesafedir — çok yakın yerleştirilen fanlar birbirinin jetini bozar ve toplam itki, tek tek itkilerin toplamından küçük çıkar.
Duman yoğunluğu sıcaklıkla değişir. Fan seçimi sıcak koşul için yapılmalıdır; bkz. fan çalışma noktası notu.
Kaynaklar
- Wu, Y. & Bakar, M. Z. A. (2000). Control of smoke flow in tunnel fires using longitudinal ventilation systems — a study of the critical velocity. Fire Safety Journal, 35(4), 363–390. DOI: 10.1016/S0379-7112(00)00031-X
- National Fire Protection Association. NFPA 502 — Standard for Road Tunnels, Bridges, and Other Limited Access Highways. NFPA, Quincy, MA.