Drukschommelingen in tunnel

[jkien]

Ik wilde de diepte van een tunnel onder het Noordzeekanaal meten met een smartphonebarometer in de auto, maar grote langzame luchtdrukschommelingen in de tunnel maakten het onmogelijk. Wat zou de oorzaak van deze drukschommelingen zijn?

Wijkertunnel.png (16.32 KiB) 1510 keer bekeken

Zulke grote langzame drukschommelingen komen langs de route alleen in de tunnel voor (Wijkertunnel bij Beverwijk). Op de overige 50 km snelweg in de open lucht is het ruisniveau ongeveer ±0.1 mbar, net als in de grafiek. De dip bij t=90 s is het inhalen van een vrachtwagen.

[Benm]

Het is natuurlijk speculeren, maar zou het kunnen dat deze tunnel voorzien is van een aantal ventilatieschachten, afzuigpunten of iets dergelijks, die ieder een dip in de druk opleveren?

Het zit eruit alsof je pakweg een minuut door de tunnel gereden hebt, maar ik weet natuurlijk niet hoe snel dat ging. Aangenomen dat het iets tussen 60 en 120 was zou de lengte daarmee op 1 a 2 kilometer komen, lang genoeg om actieve luchtverversing te behoeven voor een autotunnel.

[Anton_v_U]

Misschien komt het door het overige verkeer in de tunnel. In zo'n smalle buis zal dat wel invloed hebben.

Mogelijk is het een tamelijk laagfrequente resonantie in de tunnelbuis waar je door heen rijdt.

Klopt het dat de uitgang van de tunnel lager gelegen is? Scheelt een half millibar en dat is een meter of 4 volgens de (benaderings)formule:

meer uitleg: http://nl.wikipedia.org/wiki/Luchtdruk onderaan.

De luchtdruk stijgt in de buurt van zeeniveau (h=0) met 0,12 mbar per meter.

Geldt ook voor negatieve waarden voor de hoogtre h. Als je de meetcurve afvlakt kom je op een verhoging van ruwweg 1011 tot 1013,5 en dat komt volgens de formule en mijn spreadsheet overeen met ca. 21m diepte. Qua grootte orde klopt dat wel met http://nl.wikipedia.org/wiki/Wijkertunnel : diepste punt 24,5 m binnen NAP (als de omgeving -3,5 NAP zou zijn klopt het exact)

[Michel Uphoff]

Het gesloten deel van die tunnel is ruwweg 700 meter lang, zodat je het met 100 kmh in pakweg 25 seconden zou doorrijden. Dat komt overeen met het gebied van de drukschommelingen.

Ik vermoed dat de ventilatie de oorzaak is. Zijn er 5 ventilatorclusters in die tunnel? (Lijkt mij niet, meestal is er bij kortere tunnels een cluster aan iedere zijde).

De fluctuaties zijn ruwweg iedere 100 meter, dat is ook de afstand tussen de vluchtwegen naar een vluchtschacht. Zo'n schacht wordt op overdruk gehouden (alhoewel ik niet weet of die continue of alleen tijdens een calamiteit op druk staat). Zou het de lucht uit die schacht kunnen zijn?

[jkien]

Ik ben nog twee keer heen en weer door de tunnel gereden om te zien of er veel variatie is, zie de grafiek. In de grafiek is de werkelijke frequentie ongeveer 0.22 tot 0.24 Hz (ook in bericht #1).

Vanwege die frequentie lijkt het er inderdaad sterk op dat de grote langzame drukschommeling een resonantie is, met name de grondtoon van de tunnelbuis. De lengte van het gesloten tunneldeel is 680 m volgens wikipedia. De geluidssnelheid in lucht van 5°C is 335 m/s. De grondtoon heeft dan een verwachte frequentie f = c / λ = c / 2L = 335 / 2*680 = 0.25 Hz.

Het is onduidelijk of de drukschommeling zijn energie krijgt van de tunnelventilatoren of van het verkeer. Vanwege de grondtoon zal de positie van de ventilatoren in de tunnel niet veel uitmaken, en geen knopen of buiken veroorzaken. Er zijn drie ventilatorclusters in de Wijkertunnel (moeilijk zichtbaar tegen de achtergrond van het zwarte plafond met felle plafondlampen). De ventilatoren zijn horizontale turbofans die aan het plafond hangen, geen afzuigpunten met een afvoerschacht.

Tunnel2.png (14.46 KiB) 1504 keer bekeken

Links de zuidwaartse tunnelbuis, rechts de noordwaartse. De tweede passage is verticaal verschoven om beter te kunnen vergelijken. In deze meetserie treedt de drukschommeling niet of nauwelijks op in de noordwaartse tunnelbuis.

Klopt het dat de uitgang van de tunnel lager gelegen is? Scheelt een half millibar

Met vierkantjes is aangegeven waar het gesloten tunneldeel begint en eindigt. Het verschil van een halve millibar betreft hoge wegdelen ver buiten de tunnel.

[Jan van de Velde]

In deze meetserie treedt de drukschommeling niet of nauwelijks op de in noordwaartse tunnelbuis.

De schommeling zo te zien wel, maar met een beduidend minder grote amplitude?

Een idee zonder dat ik dat voldoende kan onderbouwen, maar zou dat iets te maken kunnen hebben met heersende windrichting? In de noordwaartse buis hebben verkeer en fans de afgelopen dagen meewind gehad; deze zondagochtend staat volgens buienradar de zuidzuidwestenwind zelfs pal in de buizen te blazen.

[Michel Uphoff]

@jkien: geen afzuigpunten met een afvoerschacht

Ook geen aanvoerschacht? Volgens deze site zijn er ten minste drie ventilatietorens.

[Anton_v_U]

Ik vind dat je een sterk argument hebt gevonden voor resonantie. De mate waarin resonanties optreden kan afhangen van de actuele situatie, bijvoorbeeld hoe de wind tegen de buitenkant van de tunnelbuis op blaast, of de snelheid en de onderlinge afstand van de voertuigen verplaatsen. Daarnaast kan de geometrie van beide buizen anders zijn zodat de resonantie in de noordwaartse buis meer wordt gedempt.

[jkien]

Gisteravond laat bleek er weinig luchtdrukschommeling te zijn in de Wijkertunnel, vermoedelijk dankzij weinig verkeer en weinig wind. Ik heb van de gelegenheid gebruik gemaakt om meteen ook door twee andere tunnels onder het Noordzeekanaal te rijden om het diepste punt te vergelijken.

Drietunnels.png (24.53 KiB) 1508 keer bekeken

Luchtdruk in auto tijdens rit door tunnel. Een hoogtepunt van de drukcurve correspondeert met een dieptepunt van het wegdek. Blauw: Wijkertunnel, geel: Coentunnel, oranje: IJ-tunnel. Links noordwaarts. rechts zuidwaarts. Ingang gemarkeerd met vierkantje.

Vreemd: volgens deze luchtdrukmetingen is de IJ-tunnel dieper dan de Wijkertunnel (laagste punt van het wegdek). Het verschil is ongeveer 0.5 mbar, d.w.z. 4 meter. Wikipedia beweert het omgekeerde: laagste punt van het wegdek in de Wijkertunnel 24,5 m beneden NAP, in de Coentunnel 22 m beneden NAP, in de IJ-tunnel 20,3 m beneden NAP.

[Jan van de Velde]

weinig verkeer ..//..

Gaan de fans dan misschien een tandje lager?

[Jan van de Velde]

Vreemd: volgens deze luchtdrukmetingen is de IJ-tunnel dieper dan de Wijkertunnel (laagste punt van het wegdek). Het verschil is ongeveer 0.5 mbar, d.w.z. 4 meter.

nog vreemder: volgens deze metingen zouden de toeritten naar de coen- en wijkertunnel 12-16 m hoger liggen dan die van de IJ-tunnel.

kijken we naar de drukverschillen toerit-diepste punt:

Coentunnel 4 mbar 32 m

Wijkertunnel 3,5 mbar 28 m

IJtunnel 3 mbar 24 m

bewegend druk meten is kennelijk minder eenvoudig dan het lijkt?

[shimmy]

bewegend druk meten is kennelijk minder eenvoudig dan het lijkt?

Bovendien knalde de luchtdruk gisteren in de vooravond van tijd tot tijd met meer dan een mBar/hr naar beneden. Neem aan dat er wat tijd tussen de metingen zat.

[jkien]

bewegend druk meten is kennelijk minder eenvoudig dan het lijkt?

In de Wijkertunnel reed ik harder dan in de IJ-tunnel. Op een vlakke weg zal ik eens uitproberen of de druk in de auto afhangt van de rijsnelheid

Bovendien knalde de luchtdruk gisteren in de vooravond van tijd tot tijd met meer dan een mBar/hr naar beneden. Neem aan dat er wat tijd tussen de metingen zat.

Het was een rondrit 1-2-3-3-2-1 (1 = IJ tunnel, 2 = Coentunnel, 3 = Wijkertunnel) van een uur, en er was na afloop inderdaad een drukverschil tussen start en finish. In mijn grafiek van vanmiddag is die afwijking verdwenen omdat ik het druksignaal voor deze afwijking 'gecorrigeerd' heb met de aanname van een constante dp/dt.

[jkien]

Op een vlakke weg zal ik eens uitproberen of de druk in de auto afhangt van de rijsnelheid

Ik heb het uitgeprobeerd bij een parkeerplaats langs de snelweg:

Druk vs snelheid.png (15.34 KiB) 1507 keer bekeken

Boven: luchtdruk in auto, onder: snelheid van auto (gps meting smartphone). Auto nadert parkeerplaats met 30 m/s (=110 km/h), stopt, en trekt weer op. De luchtdrukverlaging in de auto is 0.6 mbar bij een rijsnelheid van 30 m/s (t.o.v. stilstand).

Ter vergelijking met ½ρv²: 0.6 mbar is 10% van ½ρv², bij v=30 m/s. Misschien is dat percentage niet voor alle auto's hetzelfde. Het doet me trouwens denken aan een ander topic [post=927942][1][/post].

Als de grafiek van bericht #9 gecorrigeerd wordt met 10% van ½ρv² (met v=110 km/h in Wijkertunnel en 50 km/h in de IJ-tunnel) dan komen de luchtdruktoppen van de tunnels ongeveer op gelijke hoogte te liggen.

[jkien]

De eventuele invloed van windkracht op de drukschommeling van de Wijkertunnel viel vandaag te testen omdat er urenlang windkracht 7 heerste (gemiddelde windsnelheid 50 km/h, vanuit zuidwestelijke richting). De frequentie van de luchtdrukschommeling in de Wijkertunnel bleek onveranderd 0.25 Hz te zijn, en de amplitude van die 0.25 Hz was niet hoger dan in eerdere metingen. Sterke wind lijkt dus geen grote invloed te hebben op de luchtdrukschommeling in de tunnel.

Wijkertunnel bij windkracht 7.png (10.19 KiB) 1494 keer bekeken

Links noordwaarts. rechts zuidwaarts.

De andere tunnels (Coen- en IJ-tunnel) vertoonden geen opvallende luchtdrukschommelingen bij deze sterke wind. Net zo min als in het verleden bij zwakkere wind.