Multi-scale modelling of fire in accelerator tunnels: a CERN case study

Abstract: Multi-scale modellering is een nieuwe benadering in het modelleren van rook en brand in systemen waarbij de grootte van het domein een meer conventionele volledige 3D modellering onmogelijk maakt. Het domein wordt opgesplitst in een 1D en 3D gedeelte om zo de simulatietijd te verminderen. In deze thesis wordt de multi-scale methodologie toegepast op de LHC deeltjesversneller te CERN met behulp van de HVAC module van FDS. Eerst wordt de theoretische basis van multi-scale modellering uitgelegd, alvorens over te gaan tot het modelleren van één sectie van de LHC tunnel. Het gebouwde referentiemodel omvat in totaal 3km aan tunnel, waarvan 640m in 3D, waarin zich een 1MW brand bevindt. Het overige gedeelte bestaat uit een 1D netwerkmodel. Specifieke aandacht wordt besteed aan de implementatie van de correcte ventilatie-randvoorwaarden en de keuze van het 3D domein. Het geconstrueerde referentiesysteem wordt vervolgens onderworpen aan een reeks gevoeligheidsanalyses, die zowel betrekking hebben op het 1D als 3D gedeelte van het model. De ontwikkeling van de stroming wordt geanalyseerd op basis van zowel het Froudegetal als van het temperatuurs- en snelheidsprofiel van de stroming doorheen de tunnel. Dusdanig wordt aangetoond dat Fring = 3.2 een voldoende maar niet noodzakelijke voorwaarde is voor de bepaling van de lengte van het 3D domein. Suggesties voor mogelijk bijkomend onderzoek vormen het sluitstuk van deze thesis.