Fire safety in tunnel. Numerical modeling of small scale tests

Modeling fire scenarios in tunnels is a complicate task, due to the more complex propagation and layering of smoke compared to closed compartments. In a former work some small scale tests were performed, followed by one first tentative to fit the experimental data with commonly available numerical tools for fire scenario modeling. The limits of that approach inspired this work, whose main purpose is to write a numerical routine in MATLAB based on a Multi-Zone concept (multiple tunnel segments and several horizontal layers). This goal implied the solution of a complicate set of equations, governing the evolution of temperature, pressure and velocity of the smoke. The first runs of the software showed a reasonably good fit with the small scale tests, with a reasonable computational cost. This tool will be of considerable help in designing other scaled tests, in virtually extending the tunnel length and in validating alternative strategies for mechanical ventilation during fire.

La modellazione degli scenari di incendio nelle gallerie è un problema complesso, a causa dei fenomeni di propagazione e stratificazione dei fumo, ben più spiccati rispetto ai normali comparti. In un precedente lavoro sono state svolte alcune prove sperimentali su un modello in scala, seguite da una modellazione mediante dei comuni codici a una/due zone. Le limitazioni di questo approccio hanno ispirato il presente lavoro, la cui finalità è la scrittura di un programma in ambiente MATLAB, basato sul concetto delle zone multiple (discretizzazione del tunnel in numerosi segmenti e strati). Questo obiettivo ha comportato la soluzione di articolati sistemi di equazioni, volti a ottenere l'andamento di temperatura, pressione e velocità dei fumi. Le prime analisi hanno mostrato una corrispondenza ragionevole con i risultati sperimentali. La grande utilità di questo strumento sarà la possibilità di progettare nuove prove in scala, di estendere virtualmente la lunghezza necessariamente limitata dei campioni e di verificare strategie alternative di gestione della ventilazione meccanica durante un incendio.