حين يدخل قطارٌ فائق السرعة إلى نفق يدفع الهواءَ أمامه ويولّد موجةَ ضغط. وتسير تلك الموجة في النفق بسرعة قريبة من سرعة الصوت، وتنعكس عن الطرف المقابل، وتتردد داخله ذهابًا وإيابًا.
وهي تسبب مشكلتين متمايزتين.
1. دوي النفق
حين تبلغ موجةُ الضغط الطرفَ المقابل للنفق يحدث تحرّرٌ مفاجئ للضغط، ويُسمع في الخارج صوتٌ أشبه بالانفجار. وفي الأنفاق القريبة من المناطق السكنية يُعدّ هذا عاملًا يحدّ المشروع.
والحاسم هو مقدار ازدياد حدة جبهة الموجة: ففي الأنفاق الطويلة تُرهف الآثارُ اللاخطية الجبهةَ ويزداد الضجيج. والإجراء المضاد هو غطاء فوهة عند مدخل النفق يوفّر تغيّرًا تدريجيًا في المقطع — فيطيل زمن صعود الموجة ويخفض سعتها القصوى.
2. راحة الركاب
الموجاتُ المترددة داخل النفق تُحدث تذبذبات ضغط في المركبة. وعتباتُ انزعاج الأذن معرَّفة بدلالة معدل تغيّر الضغط — لا بالقيمة المطلقة بل بالتغير في الثانية. وإحكامُ هيكل العربة يحدد كم من التذبذب يصل إلى الداخل.
وإذا تقابل قطاران داخل النفق تراكبت الموجات ونشأت الحالة الأسوأ.
النمذجة
قابل للانضغاط وعابر. الظاهرة بحكم تعريفها انتشارُ موجة صوتية؛ والنموذج غير القابل للانضغاط لا يستطيع إنتاجها البتة. انظر ملاحظة الجريان القابل للانضغاط.
قطار متحرك. إما أن يُحرَّك القطار (شبكة متراكبة) وإما أن يُربط الإطار المرجعي به. انظر ملاحظة الحدود المتحركة.
دقة الشبكة على امتداد النفق. يلزم عددٌ كافٍ من الخلايا على امتداد المحور لالتقاط ازدياد حدة جبهة الموجة؛ فالشبكة الخشنة تُملّس الموجة عدديًا وتُقلّل تقدير الضجيج. انظر ملاحظة مخططات التقطيع.
طول النفق ونسبة الإعاقة هما المعاملان الحاكمان؛ فسعةُ الموجة ترتفع سريعًا كلما زادت نسبةُ مساحة القطار إلى مساحة النفق.
المراجع
- Ferziger, J. H., Perić, M. & Street, R. L. (2020). Computational Methods for Fluid Dynamics, 4th ed. Springer. DOI: 10.1007/978-3-319-99693-6
- Fay, J. A. & Riddell, F. R. (1958). Theory of stagnation point heat transfer in dissociated air. Journal of the Aerospace Sciences, 25(2), 73–85. DOI: 10.2514/8.7517