Deriving and Comparing Tunnel Friction Factors from Surface Roughness and CFD Simulations

In dieser Forschungsarbeit wird untersucht, wie aus Laserscan-Punktwolkendaten relativ einfach ein nützliches Merkmal der Oberflächenrauheit extrahiert werden kann und wie Computersimulationen als Ersatz für herkömmliche Belüftungsmessungen verwendet werden können. Zu diesem Zweck wurde eine Laserscan-Vermessung eines Tunnelnetzes in einer unterirdischen Talkmine durchgeführt. Die daraus resultierenden Punktwolkendaten, die den Tunnel repräsentieren, wurden in die Software CloudCompare geladen, aus der Rauheits- und Reibungsfaktorwerte ermittelt wurden. Darüber hinaus wurden dieselben Punktwolkendaten verwendet, um 3D-Modelle des Minentunnels zu erstellen, und mit der Strömungssimulationssoftware ANSYS Fluent wurde eine Luftströmung bei verschiedenen Geschwindigkeiten simuliert, um Druckdifferenzwerte zu erhalten, aus denen ebenfalls Reibungsfaktorwerte extrahiert werden konnten. Die Ergebnisse zeigten, dass die aus der Rauheit abgeleiteten Reibungsfaktoren vollständig mit den dokumentierten Werten übereinstimmten und dass die aus den CFD-Messwerten abgeleiteten Reibungsfaktoren für einen guten Bereich akzeptabler Luftgeschwindigkeiten ebenfalls innerhalb akzeptabler Bereiche lagen, wenn auch mit höheren Werten als die entsprechenden aus der Oberflächenrauheit abgeleiteten Werte. Dies lässt sich auf die sehr ungleichmäßige Beschaffenheit der Tunneloberflächen und -abmessungen zurückführen, die in der simulierten Luftströmung vollständig erfasst wird. Die aus den simulierten Druckabfällen abgeleiteten Reibungsfaktoren, die mit den dokumentierten Werten für einen weiten Bereich niedriger bis mittlerer Luftgeschwindigkeiten übereinstimmen, zeigen, dass die simulierten Luftdruckergebnisse mit denen vergleichbar sind, die bei einer Lüftungsmessung hätten beobachtet werden können, und dass dies ein Hinweis darauf ist, dass die CFD-Methoden einen guten Ersatz für Lüftungsmessungen bei niedrigen bis mittleren Luftgeschwindigkeiten darstellen.