Dergiler / Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi / 2026 / Cilt: 17 Sayı: 2

Fanlı karayolu tünellerinde kavis yarıçapının karbonmonoksit dağılımları üzerindeki etkisinin sayısal incelenmesi

Numerical investigation of the effect of curve radius on carbon monoxide distributions in ventilated road tunnels

Kerim Sönmez(KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ, TEKNOLOJİ TRASNFERİ UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ)0000-0002-5110-3849
Yücel Özmen(KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ, MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ)0000-0003-1127-1060
Sayfa
—
Yayın Tarihi
2026-07-18
🏛️Bu makalenin bibliyografik verileri ve tam metin bağlantısı DergiPark üzerinden sağlanmıştır.
DergiPark Kaydı ↗
✨

Yapay Zeka Hızlı Bakış & Çıkarımlar

AI Insight
⚡ TL;DR(1 Cümlede Hızlı Çıkarım)

Sayısal çalışmada kullanılan Standart k-ε modeli ile elde edilen sonuçlar deneysel verilerle iyi bir uyum göstermektedir.

📌 3 Maddede Bu Makale

🎯
Amaç & Hipotez:Bu çalışmada, karayolları tünellerinde biriken karbonmonoksitin fan etkisiyle dağılımları sayısal olarak incelenmiştir.
📊
Temel Bulgular & Veri:Tünel içerisinde taşıtların olmadığı ve tünel girişinden 100 m ileride tünel tavanına yakın bir konuma yerleştirilmiş tek fan durumu için, 500 m uzunluğundaki iki şeritli düz bir tünel ve R=950 m ve R=1900 m yarıçap değerlerine sahip iki çemberin 500 m uzunluğundaki yay parçalarıyla oluşan iki farklı kavise sahip iki şeritli iki tünel içerisindeki üç boyutlu akış alanları zaman bağımlı olarak Standart k-ε türbülans modeli ile çözülmüştür.
💡
Sonuç & Katkı:Sayısal çalışmada kullanılan Standart k-ε modeli ile elde edilen sonuçlar deneysel verilerle iyi bir uyum göstermektedir.
🔬Tür:Modelleme & Sayısal Simülasyon
📍Kapsam:Genişletilmiş Akademik Örneklem
⚙️Değişkenler:Kavisli tünel · Fan itme kuvveti · Karbonmonoksit dağılımı

Özet

Bu çalışmada, karayolları tünellerinde biriken karbonmonoksitin fan etkisiyle dağılımları sayısal olarak incelenmiştir. Tünel içerisinde taşıtların olmadığı ve tünel girişinden 100 m ileride tünel tavanına yakın bir konuma yerleştirilmiş tek fan durumu için, 500 m uzunluğundaki iki şeritli düz bir tünel ve R=950 m ve R=1900 m yarıçap değerlerine sahip iki çemberin 500 m uzunluğundaki yay parçalarıyla oluşan iki farklı kavise sahip iki şeritli iki tünel içerisindeki üç boyutlu akış alanları zaman bağımlı olarak Standart k-ε türbülans modeli ile çözülmüştür. Tünel içerisindeki karbonmonoksit düzeylerinin çalışan fan etkisiyle zamana göre değişimlerinin incelendiği çalışmada, başlangıçtaki karbonmonoksit seviyesi 100 ppm olarak dikkate alınmıştır. Zaman adımı 1 dakika seçilerek 60 dakikalık çözümler gerçekleştirilmiştir. Ağdan bağımsız çözümler, düz tünelde 8,5 milyon ve kavisli tünellerde 16 milyon ağ yoğunluğu değerlerinde sağlanmıştır. Fan itme kuvvetinin 950 N olduğu çalışmada, fan çalışma süresinin sonunda tünel içerisindeki hız ve karbonmonoksit değerleri grafiklere yansıtılmıştır. Kavis etkisi nedeniyle, karbonmonoksit değerleri tünel kesitinin dış bükey tarafındaki sol bölgesinde düşük, iç bükey tarafındaki sağ bölgesinde büyük olmaktadır. Tünel hacmi içerisinde karbonmonoksit seviyelerindeki azalmada kavis yarıçapındaki değişim etkili olmamaktadır. Sayısal çalışmada kullanılan Standart k-ε modeli ile elde edilen sonuçlar deneysel verilerle iyi bir uyum göstermektedir.

Abstract

In this study, the distribution of carbon monoxide accumulating in road tunnels due to the fan effect was investigated numerically. For the case of a single fan positioned near the tunnel ceiling 100 m ahead of the tunnel entrance, with no vehicles present in the tunnel, the three-dimensional flow fields within two-lane tunnels, one consisting of a 500 m long straight tunnel and two different curves formed by 500 m long arc segments of two circles with radii R=950 m and R=1900 m, were solved time-dependently using the Standard k -ε turbulence model. In the study, which examined the time-dependent changes in carbon monoxide levels inside the tunnel under the effect of the operating fan, the initial carbon monoxide level was considered to be 100 ppm. Solutions were performed for 60 minutes with a time step of 1 minute. Grid independence was achieved at mesh densities of 8,5 million for the straight tunnel and 16 million for the curved tunnels. In the study, where the fan thrust force was 950 N, the velocity and carbon monoxide values inside the tunnel at the end of the fan operating time were reflected in the graphs. Due to the curvature effect, carbon monoxide values are low in the left region on the convex side of the tunnel cross-section and high in the right region on the concave side. Changes in the curvature radius did not affect the decrease in carbon monoxide levels within the tunnel volume. The results obtained using the Standard k-ε model in the numerical study showed good agreement with the experimental data.

🔖

Bu Makaleye Atıf Yap

Sönmez, K., Özmen, Y. (2026). Fanlı karayolu tünellerinde kavis yarıçapının karbonmonoksit dağılımları üzerindeki etkisinin sayısal incelenmesi. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, Cilt: 17 Sayı: 2. https://doi.org/10.24012/dumf.1870053

📄 Tam Metin PDF Okuyucu

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

Kaynakça (30)

  1. T.H. Greiner and C.V. Schwab. “Carbon monoxide exposure from a vehicle in a garage”. Thermal Envelopes VII, Indoor Air Quality And Sustainability, Atlanta, USA, 6-10 December 1998.
  2. A. Chaloulakou, A. Duci and N. Spyrellis. “Exposure to carbon monoxide ın enclosed multi-level parking garages ın the central athens urban area”. Indoor and Built Environment, 11(4), 191-201, 2002.
  3. A. Kristensson, C. Johansson, R. Westerholm, E. Swietlicki, L. Gidhagen, U. Wideqvist and V. Vesely, “Real-world traffic emission factors of gases and particles measured in a road tunnel in Stockholm, Sweden”. Atmospheric Environment, 38(5), 657-673, 2004.
  4. Q. Li, C. Chen, H. Yuan, L. Wang, S. Xu and Y. Li. “Prediction of pollutant concentration and ventilation control in urban bifurcate tunnel, China”. Tunnelling and Underground Space Technology, 82, 406-415, 2018.
  5. J. Villanueva and D. Chen, “Measurement of carbon monoxide concentration levels within an underground parking lot throughout the day”. BCIT Environmental Public Health Journal, 1-14, 2020.
  6. N.Z. Al-Mutairi, T. Almutairi and H.B. Matar, “Concentration of carbon monoxide in an enclosed parking garage”. American Journal Of Engineering And Applied Sciences, 13(3), 402-408, 2020.
  7. A. Zamorategui-Molina, N.L. Gutiérrez-Ortega, J.C. Baltazar-Vera, J. Del Ángel-Soto and D. Tirado-Torres, “Carbon monoxide and particulate matter concentrations inside the road tunnels of Guanajuato City, Mexico”. Aerosol and Air Quality Research, 21(10), 210039,2021.
  8. S. De Vito, A. Del Giudice, G. D’Elia, E. Esposito, G. Fattoruso, S. Ferlito and G. Di Francia, “Correlating air pollution concentrations and vehicular emissions in an ıtalian roadway tunnel by means of low cost sensors”. Atmosphere, 14(4), 679, 2023.
  9. K.S. Chen, C.Y. Chung and S.W. Wang, “Measurement and three-dimensional modeling of airflow and pollutant dispersion in an undersea traffic tunnel”. Journal of The Air Waste Management Association, 52(3), 349-363, 2002.
  10. Kara, “Bir otoyol tünelini kullanarak emisyon faktörlerinin belirlenmesi ve modellenmesi,” Y.L. Tezi, Çev. Müh. Dokuz Eylül Üniv., İzmir, Türkiye, 2019.
  11. J. Shen, H. Zhu, M. Luo and D. Liu, “Numerical simulation of CO distribution discharged by flame-proof vehicle in underground tunnel of coal mine”. Journal of Loss Prevention in The Process Industries, 40, 117-121, 2016.
  12. D.J. Sun, X. Shi, Y. Zhang and L. Zhang, “Spatiotemporal distribution of traffic emission based on wind tunnel experiment and computational fluid dynamics (cfd) simulation”. Journal of Cleaner Production, 282, 124495, 2021.
  13. X. Shi, D. Sun, Y. Zhang, J. Xiong and Z. Zhao, “Modeling emission flow pattern of a single cruising vehicle on urban streets with cfd simulation and wind tunnel validation”. International Journal of Environmental Research and Public Health, 17(12), 4557, 2020.
  14. X. Shi, D. Sun, S. Fu, Z. Zhao and J. Liu, “Assessing on-road emission flow pattern under car-following induced turbulence using computational fluid dynamics (cfd) numerical simulation”. Sustainability, 11(23), 6705,2019.
  15. W. Nie, X. Liu, C. Liu, L. Guo and Y. Hua. “Prediction of dispersion behavior of typical exhaust pollutants from hydraulic support transporters based on numerical simulation” Environmental Science and Pollution Research, 29(25), 38110-38125, 2022.
  16. M. Sekularac and N. Janković, “Experimental and numerical analysis of flow field and ventilation performance in a traffic tunnel ventilated by axial fans”, Theoretical and Applied Mechanics, vol. 45 (2), 151-165, 2018.
  17. T. Chen, Y. Li, Z. Xu, J. Kong, Y. Liang, B. Wang and C. Fan, “Study of the optimal pitch angle of jet fans in road tunnels based on turbulent jet theory and numerical simulation”. Building and Environment, 165, 106390, 2019.
  18. T. Myrvang and H. Khawaja “Validation of air ventilation in tunnels, using experiments and computational fluid dynamics”. Int. Jnl. Of Multiphysics,12(3), 295-311, 2018.
  19. S. Zhao, P. Xue, J. Xie, Y. Wang, Z. Jiang and J. Liu, “Optimal pitch angle of jet fans based on air age evaluation for highway tunnel ventilation”. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 228, 105088, 2022.
  20. F. Wang, M. Wang, S. He, J. Zhang and Y. Deng, “Computational study of effects of jet fans on the ventilation of a highway curved tunnel”. Tunnelling and Underground Space Technology, 25(4), 382-390, 2010.
  21. G. Pei and J. Pan “Numerical study on different series modes of jet fan ın a longitudinal tunnel ventilation system”. Mathematical Problems In Engineering, 2014(1), 194125, 2014.
  22. E. Eftekharian, A. Dastan, O. Abouali, J. Meigolinedjad and G. Ahmadi, “A numerical ınvestigation into the performance of two types of jet fans in ventilation of an urban tunnel under traffic jam condition”. Tunnelling and Underground Space Technology, 44, 56-67, 2014.
  23. Y. Li, T. Chen, Z. Xu, J. Kong, M. Wang and C. Fan, “Influence of winding wall on the entrainment characteristics of air jet in curved road tunnels”. Tunneling and Underground Space Technology, 90, 330-339, 2019.
  24. A. Zarnaghsh, O. Abouali, H. Emdad and G. Ahmadi, “A numerical study of the train-induced unsteady airflow in a tunnel and its effects on the performance of jet fans”. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 187, 1-14, 2019.
  25. B.E. Launder and D.B. Spalding, “The numerical computation of turbulent flows”. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 3, 269-289, 1974.
  26. J. Dong, Y. Tao, Y. Xiao and J. Tu. “Numerical simulation of pollutant dispersion in urban roadway tunnels”. The Journal of Computational Multiphase Flows, 9(1), 26-31, 2017.
  27. A. Król, M. Król, P. Koper and P. Wrona, “Numerical modeling of air velocity distribution in a road tunnel with a longitudinal ventilation system”. Tunnelling and Underground Space Technology, 91, 103003, 2019.
  28. Deng, Y., Chen, C., Li, Q., Hu, Q., Yuan, H., Li, J., Li, Y., “Measurements of real-world vehicle CO and NOx fleet average emissions in urban tunnels of two cities in China”, Atmospheric Environment, 122, 417-426, 2015.
  29. A. Zamorategui-Molina, N.L. Gutiérrez-Ortega, J.C. Baltazar-Vera, J. Del Ángel-Soto and D. Tirado-Torres, “Carbon monoxide and particulate matter concentrations inside the road tunnels of Guanajuato City, Mexico”. Aerosol and Air Quality Research, 21(10), 210039,2021.
  30. W. Nie, X. Liu, C. Liu, L. Guo and Y. Hua. “Prediction of dispersion behavior of typical exhaust pollutants from hydraulic support transporters based on numerical simulation” Environmental Science and Pollution Research, 29(25), 38110-38125, 2022.