Quando un treno ad alta velocità entra in galleria spinge l'aria davanti a sé e genera un'onda di compressione. Quell'onda percorre la galleria a una velocità prossima a quella del suono, si riflette all'estremità opposta e rimbalza avanti e indietro all'interno.
Causa due problemi distinti.
1. Il boato della galleria
Quando l'onda di compressione raggiunge l'estremità opposta si produce un rilascio improvviso di pressione, e all'esterno si sente un rumore simile a uno scoppio. Per le gallerie vicine ad aree residenziali è un fattore che limita il progetto.
È decisivo quanto il fronte d'onda si irripidisce: nelle gallerie lunghe gli effetti non lineari affilano il fronte e il rumore cresce. La contromisura è una cappa di imbocco all'ingresso della galleria, che offre un cambiamento graduale di sezione — allunga il tempo di salita dell'onda e abbassa l'ampiezza di picco.
2. Il comfort dei passeggeri
Le onde che rimbalzano dentro la galleria creano fluttuazioni di pressione nel veicolo. Le soglie di fastidio alle orecchie sono definite in termini di velocità di variazione della pressione — non il valore assoluto ma la variazione al secondo. La tenuta della cassa determina quanta parte della fluttuazione arriva all'interno.
Se due treni si incrociano in galleria, le onde si sovrappongono e nasce il caso peggiore.
Modellazione
Comprimibile e transitorio. Il fenomeno è per definizione una propagazione di onda acustica; un modello incomprimibile non può produrlo affatto. Vedi la nota sul flusso comprimibile.
Un treno in movimento. O si muove il treno (griglia overset) o si lega a esso il sistema di riferimento. Vedi la nota sui contorni mobili.
Risoluzione della griglia lungo la galleria. Servono abbastanza celle lungo l'asse per cogliere l'irripidimento del fronte d'onda; una griglia grossolana liscia l'onda numericamente e sottostima il rumore. Vedi la nota sugli schemi di discretizzazione.
Lunghezza della galleria e rapporto di bloccaggio sono i parametri dominanti; l'ampiezza dell'onda sale rapidamente al crescere del rapporto fra l'area del treno e quella della galleria.
Riferimenti
- 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