Natural airflows in a road tunnel
Aleksander Król1), Małgorzata Król2)
1)Wydział Transportu i Inżynierii Lotniczej, Politechnika Śląska
2)Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Politechnika Śląska
Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja, 57 (6), 24-30, DOI: https://doi.org/10.65545/COW.2026.06.03
Słowa kluczowe: tunel drogowy, pomiary prędkości przepływu, analizy CFD, przepływy naturalne
Streszczenie
W artykule przedstawiono wyniki pomiarów przepływu powietrza w skali rzeczywistej, przeprowadzonych w tunelu drogowym, który znajduje się w Gdańsku, pod jednym z ramion Wisły. Całkowita długość tunelu wynosi 1378 m, a jego środkowa część znajduje się najniżej. Nachylenie jezdni wynosi 3% i 4% w obu kierunkach od najniższego punktu. Badania obejmowały pomiary przepływu powietrza w 56 oddzielnych punktach pomiarowych i pozwoliły na określenie ciągu naturalnego. W artykule omówiono również teoretyczne metody określania ciągu naturalnego w tunelach. Zaprezentowano także wzór analityczny służący do obliczania średniej prędkości przepływu powietrza w tunelach, generowanej przez efekt tłoka. Istniejące zależności zostały przeanalizowane i zmodyfikowane w celu lepszego uwzględnienia efektu tłoka pojazdów poruszających się w kolumnie, co pozwala powiązać prędkość przepływu powietrza nie tylko ze średnią prędkością pojazdów, ale także z natężeniem ruchu i jego strukturą. Podejście to zostało zweryfikowane przy użyciu danych zarejestrowanych przez czujniki w tunelu w Gdańsku.
Pobierz artykuł w formacie PDF
Pobierz cały numer w formacie PDF
Keywords: road tunnel, flow velocity measurements, CFD analysis, natural flows
Abstract
This article presents the results of full-scale airflow measurements carried out in a road tunnel located in Gdańsk, beneath one of the branches of the Vistula River. The total length of the tunnel is 1,378 m, and its central section is at the lowest level. The road gradient is 3% and 4% in both directions from the lowest point. The study involved airflow measurements at 56 separate measurement points and enabled the determination of natural draught. The article also discusses theoretical methods for determining natural draught in tunnels. An analytical formula for calculating the average airflow velocity in tunnels generated by the piston effect is also presented. Existing relationships were analysed and modified to better account for the piston effect of vehicles moving in a convoy, which allows the airflow velocity to be linked not only to the average vehicle speed, but also to traffic volume and its structure. This approach was verified using data recorded by sensors in the Gdańsk tunnel.
Download the article in PDF format
Download the entire issue in PDF format
Bibliografia / Bibliography
Budryk, W. (1961). Wentylacja kopalń. Wydawnictwo Górniczo-Hutnicze, Katowice
Król, A., & Król, M. (2017b). Impact of the factors determining the natural stack effect on the safety conditions in a road tunnel. In Lecture notes in networks and systems (pp. 85–95). https://doi.org/10.1007/978-3-319-64084-6_8
Król, A., Król, M., & Węgrzyński, W. (2022). A study on airflows induced by vehicle movement in road tunnels by the analysis of bulk data from tunnel sensors. Tunnelling and Underground Space Technology, 132, 104888. https://doi.org/10.1016/j.tust.2022.104888
Król, M., Król, A., Koper, P., & Wrona, P. (2017a). Full scale measurements of the operation of fire ventilation in a road tunnel. Tunnelling and Underground Space Technology, 70, 204–213. https://doi.org/10.1016/j.tust.2017.07.016
Król, M., Król, A., Koper, P., & Wrona, P. (2018). The influence of natural draught on the air flow in a tunnel with longitudinal ventilation. Tunnelling and Underground Space Technology, 85, 140–148. https://doi.org/10.1016/j.tust.2018.12.008
Li, A., Gao, X., & Ren, T. (2017). Study on thermal pressure in a sloping underground tunnel under natural ventilation. Energy and Buildings, 147, 200–209. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2017.04.060
Liang, C., Nan, S., Shao, X., & Li, X. (2021). Calculation method for air resistance coefficient of vehicles in tunnel with different traffic conditions. Journal of Building Engineering, 44, 102971. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2021.102971
Šulc, J., Ferkl, L., Cigler, J., Záparka, J. (2016). Model-based airflow controller design for fire ventilation in road tunnels. Tunnelling and Underground Space Technology, 60, 121–134. https://doi.org/10.1016/j.tust.2016.08.006
Tong, Y., Wang, X., Zhai, J., Niu, X., & Liu, L. (2014). Theoretical predictions and field measurements for potential natural ventilation in urban vehicular tunnels with roof openings. Building and Environment, 82, 450–458. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2014.09.003
Zhong, M., Shi, C., He, L., Shi, J., Liu, C., & Tian, X. (2016). Smoke development in full-scale sloped long and large curved tunnel fires under natural ventilation. Applied Thermal Engineering, 108, 857–865. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.07.141