A dugattyúhatás a mozgó járművek által egy alagútban vagy aknában okozott kényszerített légáramlást jelenti. Ez egyike azon számos jelenségnek, amelyet a mérnököknek és a tervezőknek figyelembe kell venniük a különböző szerkezetek fejlesztése során.
Ok
A szabad levegőn, amikor egy jármű halad, a félretolt levegő bármilyen irányba elmozdulhat, kivéve a talajba. Egy alagút belsejében a levegőt az alagút falai korlátozzák, hogy az alagút mentén mozogjon. A mozgó jármű mögött, ahogy a levegő eltolódott, szívóhatás jön létre, és a levegőt az alagútba áramláshoz húzza. Ezenkívül a folyadék viszkozitása miatt a jármű felülete a járművel együtt áramló levegőt is magával rántja, amit a jármű közegellenállásként érzékel. A levegőnek a jármű által történő mozgása a dugattyú működéséhez hasonló, mint a dugattyús kompresszoros gázszivattyúban, innen a "dugattyúhatás" elnevezés. A hatás hasonlít a vízelvezető csövekben fellépő nyomásingadozáshoz is, amikor a szennyvíz levegőt tol maga előtt.
A dugattyúhatás nagyon jelentős a vasúti alagutakban, mivel a vonatok keresztmetszete nagy, és sok esetben szinte teljesen kitölti az alagút keresztmetszetét. A metróperonokon (ahol nincsenek peronvédő ajtók felszerelve) az utasok által a vonat közeledésekor érzett szél a dugattyúhatásból eredő légáramlás. A hatás kevésbé kifejezett a közúti járműalagutakban, mivel a jármű keresztmetszete kicsi az alagút teljes keresztmetszetéhez képest. Az egyvágányú alagutakban tapasztalható a legnagyobb hatás, de a gördülőállomány és az alagút közötti távolság, valamint a vonat elejének alakja is befolyásolja az erősségét.
A dugattyúhatás okozta légáramlás nagy erőket gyakorolhat az alagút belsejében lévő berendezésekre, ezért ezeket a berendezéseket gondosan kell megtervezni és megfelelően kell beépíteni. Néha visszacsapó csappantyúkra van szükség, hogy megakadályozzák a szellőzőventilátorok e légáramlás okozta leállását.
Alkalmazása A dugattyúhatást az épületek tervezőinek figyelembe kell venniük a felvonóaknán belüli füstmozgással kapcsolatban. A mozgó felvonókabin kiszorítja az előtte lévő levegőt az aknából, és levegőt húz a mögötte lévő aknába, a hatás leginkább az egy aknában gyorsan mozgó kocsival rendelkező felvonórendszerekben jelentkezik. Ez azt jelenti, hogy tűz esetén a mozgó felvonó füstöt nyomhat az alsóbb szintekre.
A dugattyúhatást használják az alagút szellőztetésében. A vasúti alagutakban a vonat az előtte lévő levegőt az előtte lévő legközelebbi szellőzőakna felé nyomja ki, a mögötte lévő legközelebbi szellőzőaknából pedig levegőt szív az alagútba. A dugattyúhatás közúti járműalagutakban is segítheti a szellőzést.
A földalatti gyorsvasutaknál a dugattyúhatás hozzájárul a szellőzéshez, és bizonyos esetekben elegendő légmozgást biztosít ahhoz, hogy szükségtelenné tegye a mechanikus szellőzést. A szélesebb, több vágányt tartalmazó állomásokon a levegő minősége változatlan marad, sőt javulhat, ha a mechanikus szellőzést kikapcsolják. Az egyetlen alagúttal rendelkező keskeny peronokon azonban romlik a levegő minősége, ha a szellőzés kizárólag a dugattyúhatásra támaszkodik. Ez még mindig lehetővé teszi a potenciális energiamegtakarítást, ha lehetőség szerint a dugattyúhatást használjuk ki a mechanikus szellőztetés helyett.
Alagútbumm
Az alagútbumm a nagysebességű vonatok által az alagutakba való behajtáskor néha keltett hangos bumm. Ezek a lökéshullámok zavarhatják a közelben lakókat, és károsíthatják a vonatokat és a közeli építményeket. Az emberek ezt a hangot a szuperszonikus repülőgépek hangrobbanásához hasonlóan érzékelik. A hangrobbanástól eltérően azonban az alagútbummot nem a hangsebességet meghaladó vonatok okozzák. Ehelyett az alagútbummot az alagút szerkezete okozza, amely megakadályozza, hogy a vonatot körülvevő levegő minden irányba elszökjön. Amikor egy vonat áthalad az alagúton, kompressziós hullámokat hoz létre maga előtt. Ezek a hullámok lökéshullámmá egyesülnek, amely hangos bummot generál, amikor eléri az alagút kijáratát. E hullám erőssége arányos a vonat sebességének négyzetével, így a hatás sokkal kifejezettebb a gyorsabb vonatoknál.
Az alagútbumm zavarhatja az alagutak torkolatának közelében lakókat, és súlyosbodik a hegyi völgyekben, ahol a hang visszhangzik. E zavaró hatások csökkentése jelentős kihívást jelent az olyan nagysebességű vonalak számára, mint a japán Sinkanszen, a francia TGV és a spanyol AVE. Az alagútbumm a vonatok sebességének növelését korlátozó legfőbb tényezővé vált Japánban, ahol a hegyvidéki terep miatt gyakoriak az alagutak. Japán törvényben korlátozta a zajszintet 70 dB-re a lakott területeken, amelyek közé számos alagút kijárati zóna is tartozik.
Az alagútzaj csökkentésének módszerei közé tartozik a vonat profiljának aerodinamikus kialakítása, az alagutak bejárataihoz tetők hozzáadása,, perforált falak telepítése az alagút kijáratainál, és szellőzőnyílások fúrása az alagútba (hasonlóan a lőfegyverek hangtompítójának felszereléséhez, de sokkal nagyobb méretben).
Fülpanaszok Az utasok és a személyzet a gyors nyomásváltozások miatt fülpanaszokat tapasztalhatnak, amikor a vonat behajt az alagútba.
Jegyzetek
Irodalom
További információk
Tunnel Boom by an AVE train in Buñol, Spain Enhancing the piston effect in underground railway tunnels Piston Effect Simulation Using Ansys CFX
Kategória:Alagutak Kategória:Vasúti alagutak Kategória:Fizikai jelenségek