Luận văn nghiên cứu xác lập công thức tính toán một số thông số nước nhảy Đáy trên kênh dốc thuận có lòng dẫn mở rộng dần

Chiều sâu đồng chảy trước nước nhày theo phương vuông góc với làng din Chiều sâu động chây cuỗi khu xoáy theo phương thẳng dimg Chiều sâu đồng chảy cuỗi khu xoáy phương vuông góc với lỏn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NỒNG NGIIẸP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

LỄ THỊ VIỆT HÀ

NGHIÊN CỨU XÁC LẬP CÔNG THỨC TÍNH TOÁN

MỘT SÓ THÔNG SỞ NƯỚC NHẢY ĐÁY

TREN KENII DOC THUAN CO LONG DAN MO RONG DAN

LUAN AN TIEN SI KY THUAT

HA NOT, NAM 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NỒNG NGIIẸP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

LÊ THỊ VIỆT HẢ

NGHIÊN CỨU XÁC LẬP CÔNG THỨC TÍNH TOÁN

MOT SO THONG SO NUGC NHAY DAY TREN KENH DOC THUAN CO LONG DAN MO RONG DAN

TỒI CÁM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án là trưng thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và đưới bắt kỷ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tải liệu đã được thực

hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Tác giả luận an Chữ ký

1ê Thị Việt Hà

TOT CAM ON

Luan an “Nghiên cứu xác lập công thức tính toán một số thông số nước nháy đáy

trên kênh đốc thuận có lòng dẫn mở rộng dần” đã dược hoàn thành tại tường Đại

học Thủy lợi với sự giúp đố tận tinh của oác thầy cô giáo, các nhà khoa học; củng sự

giúp để và tạo điều kiện thuận lợi của các cơ quan, đơn vị, đổng nghiệp, gia đình, bạn

bè

Tác giả vô cùng biết ơn tập thé thay hướng đân là Giáo sư - Tiến sĩ Hoàng Tư An và Phó giáo sư - Tiên sĩ Hồ Việt Hùng dã tận tỉnh giảng đạy và hướng dẫn tác giả trong,

quá trình học tập và hoàn thành luận án

e giả xin chân thành cảm ơn Trưởng Đại học Thủy lợi, Trường Đại học Giao thông,

Vận tải đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả

‘Thc gid trân trọng cảm ơn các nhả khoa học và các đồng nghiệp đã giúp đỡ, đông gop

nhiều ý kiến sát thực đề luận án này thành công

'Táo giá bảy tỏ lòng, biết ơn của mình đối với gia định, bạn be đã dộng viên và tạo mọi điêu kiện thuận lợi để tác giả hoản thành luận án

Với những kết quá đạt được của luận án, tác giá hy vọng những đóng góp của mình sẽ 1à cơ sở khoa học phục vụ cho nghiên cứu tính toàn thủy lực trong thiết kế, xây dựng và quân lý vận hành công trình thủy lợi

Tính toán nước nhảy không ngập trong lòng dẫn phí lăng trụ mỡ rộng đân là vẫn đề khá phúc tạp Do đó kết quả nghiên cứu của luận an khỏ tránh khỏi bạn chế Tác giá rất mong nhận được ý kiến đồng góp quý báu của các nhà khoa học để tiếp tục nâng cao và

toàn thiện công trình nghiên cứu nảy

Xin chan thanh cảm on!

MỤC LỤC

DANH MỰC CÁC TỪ VIẾT TÄT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ x

MO DAU wesceesccescssesssnsseesssstsieeeisetrsiassotesiiestneetstivenesstese aI

2 Mục tiêunghiên củu cecec 2

6 Ý nghĩa khoa học vả thục tiễn co -3

7 Cấu trúc của luậnảm i sàn A

CHUGNG1 TONG QUAN VẺ HIẾN TƯỢNG NƯỚC NHẢY 6 HA LUU CONG

1.1 Nude hay ở hạ lưu công tình thảo nước kiểu đốc nước 5

1.2 _ Mộtsố phương pháp vá kết quả nghiên cứu vectteessenvestesvessnesssee®

1.2.2 Bài toán không gian hữu hạn àceseeseeereeeree.TR

V4 Vẫn đề đặt ra và hưởng nghiên cứu eccccccecceeesecerereee.s.2T

CHƯƠNG2 THIET LAP CONG THUC GIẢI TÍCH TÍNH ĐẶC TRƯNG CỦA

NƯỚC NHÃY TRONG LÒNG DẪN MẶT CẮT NGANG HÌNH CHỮ NHẬT MỞ

21 Dt van 48 cherong 2 csecsrcecsseessecstestennisteenettssinsseeseensnaeeseenn 23

22 Ly thnyét co ban [40] [41] [42] [43] 23 2.3 Thidt Ip cde cig the ee ceeccseesssestestessiseetsstessiasiestieninatenseen ss 26

343.2 Sự thay đổi chiểu sâu tương đối đồng chấy đọc theo chiểu đài lương đối

khu xoáy và chiều đài tương đổi nước nhảy 27

4.3.3 Hình dạng mặt thoáng trung bình và chiền đài tương đối khu xoáy mặt trưng lòng dẫn dốc nọ nen "`

2.3.4 Quy luật thay dỗi vận tốc điểm tương đối ở dây và vận tốc điểm tương đối

3.3.5 Trường hợp riêng: lòng đẫn phi lăng trụ mổ rộng dẫn đây bằng 30 3.4 Kết luận chương2 ìàoierieeieerrrre eo]

3.2 Sosanh cdc cng thie mai thiét lap voi eng thite di co 53

3.2.1 Nước nhảy trong lỏng dẫn đáy bằng phi lãng trụ mở rộng dân 53 3.22 Nước nhảy trong lòng dẫn lãng trụ đáy đốc - - 35

3.3 Mô hình vật lý thi nghiệm hiện tượng nước nhảy trong lòng dẫn phi lãng trụ

3.3.1 Mồ tã thi ngliệm SH HieerrreereereeoO Z

3.3.2 Kiểm định thiết bị đo đạc thí nghiệm eieoseooooo.f8

3.43 Đường mặt nước trung bình trong khu xoáy

+ đọc theo chiều dải

3.44 Kiểm chứng phản bế vận tốc điểm tương đối + Z

khu xeáy sesvsestientieetnsenssinssieseieesintemsstesieestieetietinsetsanseesenesns TS

CHUUNG 4 PHÂN TÍCH CÔNG THỨC MỚI THIẾT LẬP VÀ MỞ RỘNG

41 Phân tích kết quảtinh toản -„ 81

4.1.1 Môi quan hệ giữa chiều dải khu xoáy và chiều đãi nước nhày 81

4.1.2 Ảnh hưởng của đô đốc dây, góc mở lóng dẫn, số En2 và hệ số hình dang mặt cắt tước nước nhảy đến đặc trung hình học của nước nháy c2

4.3 —_ Thiết lập công thức tính loán các đốc trưng của nước nhảy trong lỏng dẫn mở

4.21 Chiều sâu tương đổi nước hay tại vị trí lòng dẫn có độ độc thay đổi 89

4.2.2 Chiéu sdu trong đối của nước nhảy tại vị trí cuối khu xoáy .9U

4.23 Chiều sâu tương đổi của đòng chây cuối nước nhảy - 92 4.2.4 Chiều đài tương đối khu xoáy, chiều dải tương déi nude nhay 92

43 Mô hình vật lý thí nghiệm hiện tượng nước nhây trong long dan phi ling tra

mở rộng đân, đáy thay đổi độ đốc - - - - 92

44 Kết quả kiểm định công thức giải tích thông qua số liệu thí nghiệm trên mé

hình vật lý X HH HH rrrinariierirrrireirorearo.03

KET LUAN VA KIEN NGHLI ooo ccsccsecsssessssesssssssssvssssesensteessensssrsete "¬

t2 Những đóng góp mới cúa luận ản e.c so _—

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BÓ eoeieieoeeoooo,BĐ

v

DANH MỤC CÁC TINH ẢNIT

Hinh 1.2 So dé mde nhay trong long, din lăng, tu, day dbe [14] acess 2 THình 1.3 Nước nhảy trong lòng dẫn lăng trụ, đáy đốc của G5 TS Hoàng Tư An [6].L1

Hinh 2.1 So dé dong tia trong khéng gian ban giới hạn [41] 23

Hình 2.2 Sơ đỗ mặt bằng của dòng chấy, -.25 TRình 2.3 Sơ đồ bài toán nước nhãy trên lòng dẫn phí Tăng trụ mở rộng din 27

inh 3.4 So dé thi nghiệm trên mô hình vật lý mô phỏng nước nhảy S7

Hình 3.5 Sơ đồ bổ trí mặt cắt, điểm đo chiều sâu, vận tốc điểm dong chây 61 Hình 3.6 Biểu dé theo ; với ý— 0,156, trường hợp 2 ,Ớ4

Hình 3.7 Biểu để “—“Đ theo ; với ¡— 0,156, trường hợp 3 Ớ4

4, —4, Hinh 3.8 Bigu dd “—"* theo i với ¡ — 0,036, trưởng hợp 1 65

Hình 3.9 Biểu độ -“—”" theo ; với ¡ — 0,036, trưởng hợp 4 67

Minh 3.10 Biểu 63 “—"* theo = vai 7= Ũ, trường hợp Ì sesvstesonsiee "¬ 7

vi

THình 4 7 Mỗi quan hệ giữa ee va với Ty”, trường hẹp 0<7 £0.13 85

Tình 48 Mỗi quan hệ giữa 4 va q.voi Fr?, trường hợp 1-0 86

Tình 4.11 Mối quan hệ giữa giữa kh „ và ¡với È trường hợp ¿=0 87

Tình 4.12 X6i 16 cng trình đo nước nhảy xuất hiển tai vị trí thay đối độ đốc lòng dẫn

DANII MUC BANG BIEU

Bảng L1 Quan gif #18 vi tong long din ng tụ đây bằng "¬ stn Ll

Bang 31 Bang quan hé gitta yp voi Fr? tung hop fg — 0,03, £- 0,04, 7-0 54 Bang 32 Bang quan hé gitia 7, vA zrˆ trong lòng dẫn lăng trụ đáy đốc 5 Bảng 3.3 Quy luật phân bế -“—““=— với ¿ — 0,56, trường hợp 2 Ø2

4, — láng 3 4 Quy luật phân bế -—““~—- với #=0,156, trudng Hop Becca 63

uu,

Bang 3.5 Quy luat phin bé “7+ với ¡ = 0,036, trường hợp L 65

Am Bang 3.6 Quy luật phan bé với ¡ = 0,036, trường hợp 4 sec

Bang 37 Quy luật phân bế -“ — “+ với r =0, trường hợp l 68

4, 4, Tiảng 3.8 Quy luật phân bồ - “+ vei 7=0, truang hop 5 - - 69

Ũ, trường hợp 2

Bang 4.1 Mới quan hệ giữa ;* ứng với 3 dỗ dốc tính toản

Bang 4.2 Quan hệ giữa ru với Fri2

Bang 43 Quan hệ giữa rị; với EHỄ cà eieeiirei

Bang 4.4 Quan hé gitta ne vei Fri? -

Bang 4.5 Quan hệ giữa luân; k/ị; l¿ht với si Fu? —— -

b3

DANII MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCII THIUẬT NGỮ

Các từ viết tắt

Bé rang déng chảy tại vị tri bat ky

Bể rộng dòng chây cuối khu xoáy

Để rông dòng chay tude nước nhảy

Bê rộng dòng chảy cuối nước nhảy

Thành phần lực khối đơn vị theo các phương Ôx

Thánh phan lực khỏi dơn vị theo các phương Oy

Thành phần lực khỏi đơn vị theo các phương Oz

Số Froude của đông chảy

Chiều sâu dòng chảy trước nước nhấy theo phương thẳng đứng

Chiều sâu đồng chảy trước nước nhày theo phương vuông góc với làng din

Chiều sâu động chây cuỗi khu xoáy theo phương thẳng dimg

Chiều sâu đồng chảy cuỗi khu xoáy phương vuông góc với lỏng din

Chiều sâu đòng chảy cuối nước nhảy theo phương thắng đứng

Chiều sâu déng chây cuối nước nhây theo phương vuông góc với lòng dân

Chiều sâu trọng tâm mặt cắt theo phương đứng

Chiều sâu đồng chảy tại vị trí bất ky theo phương vuông góc với lẻng dẫn

Chiều sâu đồng chảy tại vị trí bất kỳ theo phương đứng

Chiều sâu đòng chảy phân giới

Chiểu sân đông chây tại vị trí thay đối độ đắc

Đô dốc của lòng din

Chiều đài thú xoáy

Chiều dai nude 1

Chiều đài nước nhảy trong lòng dẫn lăng trụ, đáy bằng,

Chiều dài khu xoáy của nước nhãy trên đoạn kênh đốc trong long din thay đôi độ

Oz

Oy:

Ox

Phương đứng của dòng chảy

Phương ngang dóng chảy

Hoành độ đọc theo dòng chây

Áp suất trong, dòng, chấy

Áp lực thủy tĩnh

Lưu lượng đơn vị

Lưu lượng dòng cháy

'Vận tắc điểm lớn nhật thuận theo chiều dong chay

Vận tốc điểm lớn nhất ngược chiêu động chây

tốc điểm lớn nhất theo chiều dòng chấy tại mặt cắt thay đổi độ dốc

tốc điểm trung bình theo phương ngang

Vận lắc điểm chiếu lên truc Ox

'Vận tốc điểm chiều lên trục Oy

'Vận tốc điểm chiếu lên trục Qz

Mạch động vận Lắc điểm theo phương Ôx

'Vận tốc trung binh mặt cắt Vận tốc điểm trung bình theo phương đứng,

Mach déng vận tóc điểm theo phương Oz

Úng suất pháp tuyến

Ứng suất tiếp tuyển

Thời gian

Khỗi lượng riêng của nước

Chiều dày lớp biển sát thành

Gic mỡ pũa lòng dẫn

Chiều sâu tương đối của đòng chảy Chiều sâu tương đối của đông chây cuối khu xoáy Chiều sâu tương đối của đóng chãy cuối nước nháy Chiều cao tương đốt của cao độ z

Chiều sâu tương đổi của đòng chảy tại vị trí nổi tiếp

Bé rang wong đổi ủa dòng chảy cuối khu xoáy

Bz Để rộng tương đối của dòng chảy cuỗi nước nhảy

p Bé rang tương đổi của dòng chảy tại vị trí bất kỳ

e: Hệ số hình dạng của dòng cháy tại mặt cắt trước nước nhảy

2 — Các thuậtngữ

“Chiều dài khu xoáy” là phần chiều dài tính từ mặt cắt trước nước nhảy đẻn mặt cắt

cuối khu xoáy mặt cũa nước nhảy, trong khu vực này vận tốc dòng chảy tuân theo quy

luật Sehlichting,

“Chiều dai nước nháy” là phần ch

dai tỉnh từ mặt cất trước nước nhảy dễn mặt

cuỗi nước nhây

“Chiều cao tương dối của dòng chảy” là tý số giữa chiều cao của diễm dang xét với

chiêu sâu đồng chảy tại vị trí xem xét

“Chiều sâu tương đối của dòng chảy” lá tý số giữa chiều sâu dòng cháy tại vị trí đang,

xét với chiêu sâu dong chảy tại mặt cắt trước nước nhảy

“Chiều dai tương đối của dòng chảy” là tý sỏ giữa chiều đài dòng cháy tại vị tri dang xét với chiêu sâu dòng chảy tại mặt cắt trước rước nhảy

“Chiều rộng tương đối của dòng chảy” là tý số giữa chiêu rộng dòng chảy tại vị trí

MỞ ĐẦU

1 Tỉnh cấp thiết của để tải

Nỗi tiếp và tiêu năng sau công trình thảo là vẫn dễ vừa kinh diễn, vừa thời sự Đỏ là nội đụng không thể thiểu trong tính toán thủy lục công trình thủy và cũng là giải quyết vẫn

để phòng xói ở hạ hm công trình Sự nổi tiếp đòng chây giữa đốc nước và lòng dẫn hạ lưu rất đa dạng vả phức tạp Các công trình nói tiếp và tiêu năng này liên quan mật thiết

với hiện tượng rước nhảy Nỗi tiếp chảy đáy thường gặp trong các công trình tháo nước

thông qua hiện lượng nước nhây không ngập (sau đây sẽ gợi tắt là mước nhây)

Nước nhảy trong lòng dẫn nói chưng và lẻng dẫn phí lăng trụ nói riêng đã được nhiễu

nhà khoa học quan lâm nghiên cứu bằng

e phương pháp như lý (huyết, bán thực

nghiệm và thực nghiệm Các kết quả nghiên cứu cũng dược ứng dụng tử lâu nhưng, đến nay hiện tượng này vẫn còn nhiều vẫn để cân được tiếp mc nghiên cứu rộng và sâu hơn

sửa Trong các ứng dụng thục hành khác nhau, việc sử dụng lòng dẫn mở rộng dẫn có

thể giám chiêu đải nước nháy vả gia tăng kiểm soát vị trí nước nhảy, Với trường hợp

này, đo mặt cắt ngang biển đổi, đa số các tính toán thuỷ lực thuộc về bài toán không,

gian Trong, các công trình nghiền cứu về bài toán không gian này, nhiều tác giả dã

nghiên cứu sự thay đôi cáo đặc trung thuỷ lực của dòng tỉa dọc theo dòng cháy và theo

phương đứng với giả thiết sự phân bố vận tốc tại toa độ z bat kỳ theo phương ngang là như nhau Giải pháp này dưa bái toán không gian da chiều về bài toán hai chiều đứng Thương pháp giải bài toán hai chiều đứng trong trường hợp nảy cing tương tự như giải bài toán trong điều kiện phẳng,

Do 46, tac gia chon vn để xác định các đặc trưng nước nháy trong lòng din phi ling trụ, mặt cất ngang lòng dẫn hình chữ nhi, ở cuối đốc nước bằng lý thuyết lớp biên của dòng tia chảy rối là phát triển những nội dung kinh diễn trong những diễu kiện thường, gặp trong thực tổ, nhưng chưa được giải quyết triệt đề

2 Mục tiêu nghiên cứu

TỪng đựng lý thuyết lớp biên của đông tia chảy rồi đề nghiên cứu nước nhảy trong lòng,

cẵn phi lãng trụ nhằm đạt các mục tiêu sau:

~ Thiết lập công thức giải tích đễ tỉnh toàn các đặc trưng của nước nhấy (chiều sâu động,

chảy trong khu vực nước nhây, chiều đài khu xoáy, chiêu đải mước nhấy, phân bé van

đây đốc hoặc đầy

tốc điểm trong khu xoáy) trong lòng dẫn phí lặng tru mở rộng dẫn

‘bang va day thay doi độ dốc, mắt cắt ngang lòng dẫn hình chữ nhật;

- Lâm rõ sự khác nhau giữa chiều dài khu xoáy mặt của nước nhảy và chiêu đài toàn

bộ nước nhảy dễ lâm cơ sở tỉnh toán chiều đài bể tiêu năng

" Đôi tượng và phạm vỉ nghiên cứu

-_ Đối tượng nghiên cứu là hiện tượng nước nhãy không ngập trene lòng dẫn phi lăng, trụ mở rộng đản có đây đốc thuận, đáy bằng và đây thay dỗi độ đốc, mặt cất ngang long dân hinh chữ nhật;

-_ Phạm vị nghiên cứu là cơ học chất lỏng,

4 Nội dung nghiên cứu

-_ Khái quát các công trình nghiên cứu đã có trên thể giới và ở Việt Nam vẻ hiện tượng, Trước nhảy;

-_ Nghiên cứu lý thuyết lớp biên của đỏng tia chây rồi và các phương trình cơ bản của

thủy lực dòng chây hai chiều để sử dụng trong luận ám,

~_ Kiểm chứng công thức vừa dược thiết lập với các công trình nghiên cửu đã có,

~_ Thí nghiệm mô hình vật lý thủy lực để kiểm chứng và đánh giá độ phù hợp của công, thức vừa dược thiết lập trong, luận án

tờ

5 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

31 Cách riến cận

Dé dat được mục tiêu nghiên cứu, tác giá đã tổng hợp, phân tích các công trinh khoa học

đã có về nước nhảy đã có ở trong nước và trên thể giới Lựa chọn phương pháp nghiên

cửu vừa mang tính kế thửa, vừa mang lính sáng tạo sao cho phủ hợp với vẫn để

tâm

52 Các phương phúp sử dụng trong biận du

Phương pháp tẳng hợp: phân tích, thông kê, kế thừa có chon loc cae Lai liệu, các công, trình nghiền cứu cô liên quan mật thiết với luận án, từ đo tìm ra những van dé khoa hoo mà các nghiên cửu trước chưa được đề cập một cách đây đủ Tiền hành tỉnh toán,

so sánh kết quả tính theo công thức kiến nghị cũa luận án với các công thức khác

Phuong phap nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm: luận án đã ứng đụng lý thuyết lớp biên của dòng chảy rối để nghiên cứu thiết lập công thức lính Loãn các đặc

trưng của nước nhãy Sau dây thực hiện thi nghiệm mô hình vật lý về hiện tượng nước

nhây với các phương án khác nhau để đánh giá độ tin cậy mà công thức giải tích của

luận án đã thiết lập

6 Ý nghĩa khoa học vả thực tiễn

61 nghĩa khoa học

Các kết quả nghiên cứu đã có về nói tiếp băng nước chảy dây nói chung vả nói tiếp bằng,

nước nhảy ở chân công trinh tháo nước kiến đốc nước mới đưa ra được các công thức

ly thuyết tính chiêu sâu sau nước nhây, còn các đặc trưng khác chủ yêu được nghiên cứu

và xác định bằng thực nghiệm Còn luận án dã ứng đụng lý thuyết lớp biên của dòng,

chây rối đế nghiên cứu thiết lập công thức tính toán các đặc trưng của nước nhảy (chiều sâu của động chảy, chiếu dài khu xoáy, chiều đải nước nhây, phân bố vận tốc điểm) trong lòng, dẫn phí lãng trụ mở rộng dẫn, mặt cắt ngang long dan hinh cht nhat, day dée, đáy bằng va day thay đổi độ đắc Sau khi có được các cổng thức lý thuyết tác giả đã so

sánh với các công thức của các tác giả khác và dặc biệt dã thí nghiệm kiểm chứng trên

mô hình vật lý, Kết quả sơ sánh và kiểm chứng cho thấy các công thức mới hoàn toàn

có thể tin cậy được Vỉ vậy luận án có ÿ nghĩa khoa học Dộng lục học chất lỏng

42 Ýnghĩu thực tiễn

Kết quả của luận án cỏ giá trị vá dộ tìn cậy cao, góp phẩn làm rõ thêm các dặc trưng về đường mặt nước trong khu xoáy, chiều sâu dang chảy khu xoáy, chiều đải khu xoáy, chiêu sâu nước nhây, chiếu đài mước nhây, quy luật phân bố hưu tốc mặt và hưu tốc đây trong khu xoáy cho các trường hợp lỏng dẫn phi lăng trụ, đáy đốc thuận Việc tim 7a các

công thức giải tích này cho phép mở rộng phạm vy ứng đụng của bài toán, tính toán một

cách loàn điện và tín cây hơn gác kết câu công trình tiêu năng sau công trình tháo nước

kiểu dễc nước Đày có thể làm cơ sở cho những ứng dụng thực tiễn và sử dụng lòng din phi lăng trụ mẻ rậng dần và đốc thuận làm cêng trinh tiêu năng

7, Câu trúc của lưận án

Ngoài phần mở dầu, phần kết luận và kiến nghị, luận án được trình bảy trong 4 chương, Chương 1: Tổng quan về hiện trọng nước nhây ở hạ lưn công trình

Chương 2: Thiết lập các công thúc giải tích tỉnh đặc trưng của nước nháy trong lộng,

đẫn mặt cắt ngang hình chữ nhật mở rộng đần, đáy đốc thuận và đáy bằng

Chương 3: Kiểm định công thức lý thuyết mới

Chương 4: Phân tích kết quả tính toản và mở rộng nghiên cửu.

CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE HIEN TUQNG NUOC NHAY Ở HẠ

LUU CONG TRINIL

1.1 Nước nhảy ở hạ lưu công trình tháo nước kiểu đốc nước

Công trình thủy lợi có tính chất đặc biệt và cân thiết trong việc điều tiết đòng chảy để phát huy lợi ích phục vụ con người Một Irong những hạng mục quan lrọng của cụm công trình thủy lợi là công trình tiêu năng nhằm tiêu hao năng lượng thừa của dòng chảy

từ thương bm đồ về Một trong số các biên pháp tiêu hao năng lượng thừa này là sử đụng hình thúc nồi tiếp bằng nước nhảy sau công lrình tháo nước kiểu đốc nước

Đường tần tháo nước kiểu dốc nước bao gồm một đập tràn đỉnh rông hoặc thực dụng, đoạn đốc nước và bê tiêu năng 6 cudi déc So dé dong chay được mô tả sơ lược như trêu hình 1.1

nước, năm hoàn toàn ở bể tiên năng hoặc năm giữa đồc nước và bê tiêu năng, không

giống như hiện tượng nói tiếp sau đập tràn tlnực dung

Dưới day sé tang hợp một số phương pháp và kết quả nghiên cứu về nước nhảy từ trước đến thời điển biện tại Có bai đang lòng dân cần lưu ý, đó là rước nhảy trong lòng dẫn

lăng trụ và nước nhây trong lòng dẫn phi lăng trụ

1.2 Một số phương phán và kết quả nghiên cứu

Đã có rất nhiền công trình nghiên cứu trên thể giới và Việt Nam về hiện tượng nước nhây hư hiện Lượng nước nhảy không ngập không áp, nước nhảy trong khu vục chây

qua độ từ không áp sang có áp, nước nháy trên kênh đáy nhảm, Ngoài ra còn rất nhiều các kết quả nghiên cứu của nhiều nhà thủy lực khác ma ban luận án này không thế trích din hếi được

Đưới đây sẽ tổng hợp một số phương pháp và kết quả nghiên cứu về nước nhãy từ trước

đến thời điểm hiện tại

1.21 Bài toán phẳng

1.2.1.1 Phương pháp kết hợp giữa phương trình động lượng của dòng chảy một chiều

và thực nghiệm

= Trong long dan Hing tru day bang:

+ Chiều sâu sau nước nhảy A,

Phuong trinh tỉnh chiều sâu sau nước nháy tìm được nhờ sử đụng phương trinh biến

thiên dộng lượng hay là dịnh hiật Jcan-Baptstc Le Rond DAlembert (1752) [1]

(D’Alambert) eda dong chảy một chiêu ón định viết theo chiều dòng chấy với một số

giả thiết nhất định Dẫn đầu các nha nghiên cứu về nước nhảy phải nói đến tác giả

Bélanger (1828) [2]

q9 trong đó:

Khi lòng dẫn có mặt cắt ngang là hình chữ nhật, phương trình (1.1) có nghiệm là

dụ; — chiều sâu dòng cháy phân giới,

œ: — hệ số sửa chữa động năng,

¢g lưu lượng dơn vị;

tụ: — chiêu sân đòng chảy tại mặt cắt trước nước nhảy,

dạ: ——- chiều sâu dòng chảy tại mặt cất sau nước nhây;

me ze : chiều sâu tương đối của dòng chảy cuối nước nhây trong lòng dẫn lăng trụ đáy,

bằng;

Fre: số Froude tại mặt cắt trade nước nhảy

Ngoài ra nước nhây được nghiên cứu rất chỉ tiết trong phỏng thí nghiệm Các tài liệu thí

nghiệm nội chung phù hợp với công thức Bélanger |2{ da đó công (hức của ông dược

xuất hiện trong hầu hết các tài liệu thủy lục viết về nước nhảy nhì “TÏydraulies of Open

Channels” [3], “Open charmel hydraulics” [4], “Disiparea energie’ si disipatori de cnergie” |5], “Thủy lực công trình” |6|, “Noi tiếp và tiêu năng, ở hạ lưu công trình thảo

nước” [7] Tuy nhiền thí nghiệm trong điều kiện Eri” < 3, với Eri là số Froude (1862)

|8| tại mặt cắt trước nước nhảy, lại cho kết quả nằm ngoài dường cong biểu diễn của

công thức Bélanger, lúe này theo M Ð Tréc - Tô - U- Xdp (1963) [9] nude nhay ed dang sống

Tiên cạnh đó cân phải để cập đến những công trình nghiên cửu của các tác giả khác như:

Lưu Như Phú, Nguyễn Văn Toàn (2013) đã nghiên cứu trường hợp nước rhhãy tự do xây

ra trong đường hâm lãng trụ, độ đốc nhỏ, bẻ rộng lông đẫn 2R chiều sâu đỏng chây tại

mắt cắt ban đầu trước nước nhảy nhỏ hơn R, chiêu sâu dong chảy tại mắt cất sau nước

nhâylớn hơn TR, tiết điện ngang mặt cắt gồm hai phan (phan dưới tiết điện chữ nhật có

bẻ rộng 2R, chiều cao R; phân trên tiết diện mứa tròn bán kinh R) [10] Tác giá đã thu,

nhận được phương trình đưới đạng không thứ nguyên thể hiện môi quan hệ giữa

lš ~ TP | Phương trình này cũng được kiểm chúng qua thí nghiệm mô hình với

sai số nhỏ hơn 1,6%, Đồng lhời tác giả cũng đua ra được điều kiện dễ xảy ra hiện tượng nước nhảy tự do trong trường hợp lòng dân đưa ra

“Nguyễn [Dinh I3áo (2013) khi tính toán nước nháy đáy hoản chính tác giá đã đưa vào

thành phần lực ma sót đảy của kích thước bể tiêu năng phụ [11] Các bước thiết lập phương trình tương tự nhự Bẻlangdr nhường có thêm thành phan phan lye Ry Thanh phần

phân lực này được tính toán đựa vào công, thức kinh nghiệm thu dược trên mô hình thí nghiệm đặc chúng và hảng loạt các mỗ hình riêng của tác giá

+ Chiều dài nước nhảy ¿,

Chiều đãi nước nhảy là một đại lượng quan trọng, Tuy nhiên đến ray việc xác định chỉnh xác chiêu đài nước nhãy cản hết sức khó khăn đo cách xác định vị trí của chiều sâu sau trước nhây hạ rất khác nhau Do đó các công thức tỉnh toán chiều đãi mước nhảy thường được xác định bằng thực nghiệm là chủ yếu, eụ thể như:

Js Chiéu đài nước nhây trong lỏng dẫn lăng trụ mặt cắt chữ nhật đây bằng,

Chiều dài nước nhãy tương đối phụ thuộc vào số I'roude của dòng cháy tại mặt cắt trước

động chây tại mrặt cắt trước nude nhây và chiêu sâu tương, đối tại mặt cắt sau rước thấy

Các công thức thực nghiệm và lý thuyết trên chỉ áp dụng cho diéu kién l'n? > 10, Con với sự biển đổi của số Frạ? rộng hơn từ 3 đến 400 có cảng thức kiến nghị của tác giả

Aivadian (1984) [18]:

los Fa), =F]

3< Fre < 400 |

Trong công thức này chiêu dài nước nhãy tương đổi phụ thuộc vào số Froude của đồng,

chây tại mặt cắt trước nước nhây vả cluểu sẵu tương đối tại mắt cắt sau nước nhảy

Trong tắt cả các kết quả nghiên cứu chiêu đài nước nhảy trên đây đều xét đến yêu tổ ảnh

hướng của các đại lượng như chiêu sâu đông chây trước nước nhảy h, và chiều sâu sau

nude thay hạ, giá tị #?jˆ, nhưng chưa xót đến hệ số hình dạng của mặt cất trước nước

„ với bị là bề rộng cũa mắt cắt ngang lòng dẫn tại mặt cắt trước nước thhây

Đảng thời với mỗi một công thức tính chiêu đài tương đổi của nước nhây A Khác nhau

sé dan dén kết quả tính toán khác nhau, diễu này dược thẻ hiện ở vỉ dụ tính toàn trong, bảng 1.1 Từ bảng 1.1 có thể nhận thấy sự sai khác giữa các kết quả tính toán tăng theo

Fr? dan ding tir 31% đến 449

Bảng 1.1 Quan hệ giữa Fn” với h trong lòng dẫu lăng Irụ đáy bằng

h,

+ Phan bé van téc diém trong khu vực nước nhay:

Van dé phan bố vận tốc điểm có ¥ nghia trong nghién ctn ly thayét va thuc tién Bang tải liệu thí nghiệm, M T Ivankoy [6| dã đưa ra biểu thức xác định vận tốc diễm lớn nhất theo chiều đóng chảy Hạ, tại vị trí x bắt kỳ, trong khu vực nước nhảy trên lòng dẫn lãng,

trụ, đáy bằng,

~_ Trong lòng dẫn lăng trụ đáy đắc:

bị”: — Chiều sâu dòng chảy trước nước nháy theo phương vuông góc với lỏng din tai

mặt cắt trước nước nhảy;

la”: Chigu sau dòng chấy truớc nước nhấy theo phương vuông góc với lòng, dân tại

mặt cắt sau nude nhay:

Vị

ậm tốc trung binh dòng chấy tại mặt cắt trước nước nhảy,

Vạ: Vận lốc trung hình động chấy tại mặt cắt sau nước nhảy,

%: — Chiêu đài nước nhây,

6Ø: Gòc dốc của lòng dẫn tạo với phương nằm ngang;

Trên kênh có độ đốc km, ảnh hướng của trọng lựu không thể bỏ qua Vì vậy hình dạng

mmặt thoáng trong khu vực nước nhảy khó xác định chính xác, nên các tác giả đã có

những giả thiết khác nhau khi tính trọng lượng cña khỏi nước trong khu vực nước rihây

B A BaklunetefT (1932) [3] đã đưa ra công thức thục nghiệm với trường hợp lòng dẫn

có độ đốc ¡<,07 và 65

¡=ig8

Với lòng đân có độ dốc nghịch, I A Snegirey (1960) [20] củng tìm được các công thúc

tính toán một sẻ thông số của nước nhảy với điều kiện ¿<—0,2 và ; <30, với hy là

trong đó ae: chiếu cao nước nhảy khi ¿=0

Đôi với trường hợp nước nhảy trong kênh chữ nhật có độ đốc đây ý <1/3 có thể đảng

công thức kinh nghiệm của G N Kêxiaoôwa (1975) [14] :

Cai tiến công thức kinh nghiệm cia G N Kéxiacéva, G K Tutsep [21 | đưa ra công thùc

tỉnh mước nhảy trên kênh có độ đốc thuận:

hy -a-h thi

(1.16) 1,-1,013,75)

Trong đó ä là chiều sâu chênh lệch giữa mặt thoáng trước và sau nước nhãy

13

1.3.1.2 Phương pháp sóng giản doạn

Theo Comelis B Vreugdenhil (1989) [22], khu nghiên cứu lý thuyết về nước nhây còn

có thể coi như 3ä tích phân của một chuyên động, của chất lỏng khi tên thất năng lượng,

xảy ra do sự đốt nóng chất lỏng đó và tạo ra gián đoạn bé

Sử đụng lý thuyết về sóng nước nông, các táo giả như J T Stokes (1992) [23], Nguyễn Cảnh Cảm (1998) |24] đã dàng các diễu kiện gián doạn của đỏng chây khú mặt giản

đoạn tức thời di chuyển dọc theo đông cháy dé nghiên cứu nước nhảy ở dạng di déng

(không ỗn định) và đã thiết lập được phương trình tỉnh chiến sâu sau nước nhảy trên

kénh Ving tru day bang,

'Kết quả nghiên cứu của J I Stokes 1a lai giai don gidn nhat cia ly thuyét song gián đoạn Những kết quả nghiên cứu khác có thể tìm thấy trong cuốn Thủy lực tính toán của M B

Abbott (1998) [25] Các kết quả nghiên cứu đó cũng chỉ mới xét đến chiều sâu sau mrỏc

nhây của bài Loán phẳng, không Lm được chiều dải và các thông số khác của nước nhãy 1.3.1.3 Phương pháp láp biên dòng tia rồi

Theo GS TS Hoàng Tư An [6], hiện tượng nước nhảy trong lòng dẫn lăng trụ đáy đốc

va day bằng đã đuợc nghiên cứu đựa vào lý thuyết lớp biên cửa dòng tia chây rỗi Sơ đỗ bài toán như hình 1.9

ve: lưu tốc lớn nhất ngược chiều dòng chảy trong khu vực nước nhảy,

he d: chiều sâu tương đối của dòng chay tai vi tri bat ki trong khu xoáy

h

Phuong đình đường trung bình của mặt thoáng &—#(x) và chiêu dải đồng chây khu

xoáy được chia thành các trường hợp sau:

oo

Khi h=h, thi n= a và z=l, với bạ l„: chiến sâu là chiểu dai đòng chảy tại vị trí

oT

kết thie khu xoay ota nude nhay

Khi bok 00 thi oma? vax-h

Khi Aah, #20 thi nana e vax-l

:

Cũng cần phải nói thêm rằng, phương pháp lớp biên của đòng tỉa rối còn có thể đùng để

nghiên cửu một vải hiện tượng khảo của đỏng chảy sau công trình như xói cục bộ ở hạ Tưu công trình thủy lợi, sự hình thành sóng mặt, hiện tượng tách đòng ở đây lèng dẫn trong khu vực nuớc nhấy, đã được để cập trong các công trình khos học như “Thủy

lực công trình” [6], “Một số vẫn dễ thủy lực hạ lưu các công trình thảo nước vũng, dông,

bằng và ven biên” [26]

Kế thừa các phương pháp nghiên cứu đã có về nước nhây và lớp biên, tác gia Nguyễn

Văn Đăng (1989) [27] da dé nghị phương pháp Hệ thức lích phân răng lượng”

(HTTENL) Dựa theo lý thuyết lớp biên, nghiền cửu dòng chây rồi trong nước nhây qua

mô hình đòng chấy Revnolds I3ussinesque, đề xác định các đặc trưng trung bình thởi

gian trong nước nhảy phẳng

Ngoài ra cén có nghiên củu của Nguyễn Thành Đôn (2013) [28] đã sử dụng mô hình số

để tính toán đặc lrưng nói tiếp chây đáy trong lòng đẫn kiểu phí lăng trụ

Phương pháp số có thể nghiên cửu được nhiều đặc trưng của nước nhảy và đi sâu được

vào kết câu nội bộ trong nước nhảy nhưng lại quả phức tạp

1.2.1.4 Phương pháp hoàn loàn thực nghiệm

Nghiên cứu trên mô hình vật lý chiếm ưu thẻ trong thủy lực công trình và được sử đựng,

rộng rấi để xây đựng các công thức thực nghiệm, kiểm tra kết quả lý thuyết, kiểm định

Đình Hợi, Hoàng Văn Quý (2013) [30]

Từ kết quả thí nghiệm, táo giả Trịnh Công Vấn [29] đã chỉ ra rằng, khi 7, > (0,83: 0,85}

thí xăy ra biện tượng nước nhãy mặt sóng, khi 7j, < (0,83+ 0,85) thi xây ra hiện tượng nước nhãy ngập Như vậy với kết quả thí nghiệm của mình tác giả đã chỉ ra được ranh giới giữa nước nhảy mặt sống và nước nhây đáy ngập chữ chưa đi sâu vào nghiền cửu cáo dặc trưng của nước nhảy

Nguyễn Văn Toàn, Trần Đình Hợi, Hoàng Văn Quý đã nghiên cửu hiện tượng nước

nhảy có áp trong đường hằm cỏ mặt cất ngang nh trường hợp của Lưu Như Phủ và

Nguyễn Văn Toàn Thông qua kết quả thi nghiệm về nước nhảy trong điều kiến dong

chay én định, độ mở cửa van nhỏ, chiều sâu trước nước nhảy nhỏ hơn R, chiều sẵu dòng, chảy sau nước nhảy lớn hơn 2K Tủ đẩy tác giá đẻ ra công thức tính chiều sâu liên hiệp

sau nước nhảy đựa vào số liệu thí nghiệm [30]

1.22 Bài toán không gian hấu bean

1.2.2.1 Lòng dẫn mẻ rộng dần

'Tùy theo góc mở của lỏng dân ở hạ lưu lá lớn hay bẻ nà nước nhảy có thể bám sát vào thành bên hay bi tach dong Ở đây chỉ đề cập đến vẫn đề góc mở long din nhd dé khang

phát sinh hiện tượng tách dong,

E.TPiealov (1954), giả thiết hình đạng trung bình cửa mặt thoảng trong khu vực nước

nhay thay dỗi không theo quy luật bậc nhất [31 ] và đã dưa ra được công thức tỉnh chiều sâu liên hiệp sau nước nhảy Ở đây tác giả cũng đã sử dụng phương trình biến thiên động lượng của đòng chây một chiều cho khối chất lỏng giữa hai mặt cắt trước và sau mước nhảy, mặt cắt ngang hình chữ nhật Chiều dải mước nhấy trong kênh mở rộng din, day bằng 7, tìm được bằng thực nghiệm Với giá thiết hình dạng mặt thoảng trung bình

trong khu xoáy mặt có dạng một đường cong bac mm >

tị: — Chiều rộng mặt cắt tước nước nhây,

ty: Chiéu réng mặt cất sau nước nhảy:

Ø,: bằrông tương đối của đòng chảy cuối nước nhảy

©.T Vaxiliép (1956) [32] cũng đưa ra công thức tính chiêu sâu liên hiệp của nước nhảy với giả thiệt mặt cắt trước và san mước nhảy la hình cung tròn còn chiều đãi nước nhảy

tính theo công thức thực nghiệm:

2#: góc mở của lòng kênh, tỉnh bằng radian

Ti,ra: bản kinh mặt cắt đầu vả mặt cắt cuối nước nháy;

Chiếu đài nước nhây tính theo công thức thực nghiệm

P KTsveskov (1964) [16], mặt thoảng trung bình trong khu xoáy mắt thay đổi theo quy

luật bậc nhất, phương trình chiều sâu sau nước nhảy tầm duge nhờ phương trình biến thiên động lượng của dòng cháy một chiều Chiều dai nước nhảy trong long dẫn mở

Dumitru Dumitreseu va Ernest Riwan (1975) |5] đã đựa vào lý thuyết lớp biên của

động tỉa rồi để thiết lập công thức tính chiều sâu liễn hiệp sau nước nhảy Irong trường,

1.3.2.3 Lòng dẫn lăng trụ có độ dắc thay doi

Khi xây dựng công trình thường gặp hiện tượng nói tiếp dòng chảy ở chân các dốc nước,

nơi kênh dẫn chuyển tiếp từ đoạn có độ đốc lớn hơn độ dắc phân giới sang đoạn kẽnh

có độ đốc ¡ nhỏ hơn độ đốc phân giới Đoạn kênh thứ hai có thể có độ dốc thuận hoặc đốc nghịch hoặc có đây bằng, Trong điều kiện đó, hiện tượng nối tiếp bằng nước nháy

thường có ba dang chính: mước nhảy hoản toàn trên đốc nước có ¡ > i„ hoàn toàn ở trên

đoạn kênh thứ hai có độ đốc 1 < , ở giữa hai đoạn kênh đó Tạng ni tiếp bằng nước nhảy giữa hai đoạn lòng dẫn gọi là mước nhảy trên kênh có độ đốc đáy thay đổi [35], [6] Trong trường hop nay nước nhây được chia làm hai phan Phần thứ nhật ở trên đoạn kênh đốc lớn, phân thứ hai uủa nước nhây ở trên phía sau đốc Dựa vào kết quả nghiên

cứu của tác giá Hoàng Tư An [6], chiêu cao nước nháy trong lòng đẫn lãng trụ tại vị trí

đầy long dan thay đối độ đốc và chiều đải nước nhây phần trên kênh đốc đã được xác

định nhờ các công thức giải tích

13 Một số kết quả nghiên cứu khác

Ngoài những kết quả nghiên cứu được đẻ cập ở mục 1.2 thì hiện nay hiện tượng nước

nhảy tiếp tục được nghiên cứu sâu hơn Có thể kế đến những công, trình khoa học sau:

~_ Nước nhãy trong lòng dẫn dổo, mặt cắt ngang hình tam giác [36] Tác giá đã thiết lập

công thưức lý thuyết và

- Nước nhay trong lòng dẫn mở rộng dẫn với các góc mở khác nhau, mặt cắt ngang,

thành chữ nhật [37] Tác giá sử dụng phương trình động lượng, phương trình lên tục, phương trinh bảo toản năng lượng đẻ thiết lập công thức tính toán và kiếm nghiệm qua các thí nghiệm thủy lực với các góc mở lòng dẫn lòng đẫn 5; 12,5; 15;

trên số liệu thí nghiệm, từ dây tìm ra mối quan hệ tỷ lẻ chiều sâu trước và sau nước nhây đụ); Lý lệ giữa năng lượng đơn vị của mặt cắt sau nước nhảy với mặt cắt trước nước nhảy (T1z/Tn), tý lệ giữa chiền đài cuối nước nhảy với chiêu sâu đồng chay

trước nước nhây [38]

~ Nước nhảy Irong long din md réng dan, day bằng, nhám, mặt cắt ngang bình chữ nhật [39] Bài bảo trình bảy kết quả của một nghiên cứu thực nghiệm để nghiền cửu

Anh hưởng của các thông số hinh học và thủy hực lên sự phân tán năng lượng và vị trí

của nước nhảy, với sự thay dỗi chiều cao cửa các mồ rhâm và mỡ rộng của lòng dẫn 1.4 Vấn để đặt ra và hướng nghiên cứu

Dua vao những tổng hợp ở mục 1.2 và mục 1.3 nhận thay mét trong những vân dễ chưa

được nghiên cứu đến là nỏi tiếp bằng nước nhảy đáy trên kênh đồo cá mặt cắt ngang,

hình chữ nhật mở rồng dẫn Do vậy luậu án sẽ xây dựng các công thức giải tích để

nghiên cửu hiện tượng nỗi tiếp bằng nước nhay trong lòng, dẫn mặt cất ngang hình chữ nhật mở rộng đản có độ dốc không đổi và độ đốc thay đổi Các đặc trưng của nước nhảy được tiên hành nghiên cửa gồm

~_ Chiều sâu cuối khu xoày mặt;

-_ Chiều sầu liên hiệp của nước nhảy,

~_ Chiều đất khu xoáy mặt và chiêu đải nước nhảy;

- Quy luat phan bồ vận tộc điểm lớn nhất dọc đáy lòng dẫn và trên mặt khu xoá:

-_ Chiểu sâu trong nước nhảy tại vị trí độ đốc lòng dẫn thay đổi

Với phương pháp nghiên cứu được sử đụng là phương pháp Lổng hợp và phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

LS Kết luận chương L

Nỗi tiếp hạ lưu bằng nước nhảy dã được nghiên cứu từ rất lâu, nhưng cho dến nay vẫn

còn rất nhiều vấn để chưa được giải quyết Cu thé:

-_ Dựa trên cơ sở của plương trình động lượng, của dòng một chiều các kết quả nghiên

cứu này chưa xáo định được phạm vì khu nước xoáy mặt, khu nước chảy sau xoáy,

phân bổ vận tốc điểm trong khu vực nước nhảy ma mới thiết lập được sông thức tỉnh chiều sâu liên hiệp sau rước nhảy, còn các đặc trưng khác phải tìm bằng thực nghiệm

-_ Các kết quả nghiện cứu nỏi tiếp bằng nước nhảy theo phương, pháp lớp biên của dòng, tia rỗi cho phép xác định được bằng lý thuyết nhiều đặc trưng của nước nhảy như chiều sâu, chiều đài khu xoáy mặt và toàn bộ nước nhảy, quy luật thay đổi vận tốc điểm dọc theo chiều dài klru xoáy mặt của vận tốc điểm cực đại theo chiéu dong chy z„, vận tốc điểm cực đại ngược chiêu dòng chây H„

- Nước nhảy trên kênh có độ đốc chưa được nghiên cứu nhiều và các kết quả nghiên

cứu không giống nhau do các công thức chủ yếu là kinh nghiệm; chỉ có duy nhật công

thúc la M A Mikhaliev [17] và các công thức của Hoàng Tư An |6] là công thúc lý Thuyết

-_ Nước nhảy trong diều kiện không gian mở rộng din và mở rộng dột ngột là vấn đề cực kỳ phúc tạp do liên quan nhiều đến các điều kiện không gian của các công trình

cụ thể Vì vậy, những bài toán nói tiếp trong điều kiên không gian rất có ý nghữa thực tiến, nhưng lại khỏ giái quyết

Tựa vào những kết luận trên, Tuận án tiến hành nghiên cứu hiện tượng nếi tiếp bằng nước nhảy trong lòng dẫn mặt cắt ngang hình chữ nhật mở rộng dẫn có độ đốc không đối và đô đốc thay đổi nhắm góp phan nảo vào các công trình khoa học nghiên cứu về

hiện lượng nước nhãy.

TRUNG CỦA NƯỚC NHẢY TRONG LONG DAN MAT CAT NGANG HINH CHI! NHAT MO RONG DAN, BAY DOC THUAN VA DAY BANG

2.1 Đặt vẫn đề chương 2

Bai loan nude nhay trong long din phi Hing trụ mặt cắt ngang hinh chữ nhật, mở rộng,

din, day đốc dược nghiên cứu theo hưởng xây dựng các công thức giải tích Các gông, thức giải tích này sẽ được thiết lập đựa trên việc kết hợp giữa lý thuyết lớp biên của

đông tỉa chây rối với các phương trình cơ bản của thủy lục

2.2 Ly thuyét co ban [40] [41] [42] [43]

Để thiết lập dược các công thức giải tích tính đặc trung của nước nhảy trong lòng dẫn

có mặt cắt ngang hình chữ nhật, mở rộng dan đáy đốc thuận và đáy bằng cần sử đựng,

các công thức sơ bản sau:

- Phan bồ van tốc điểm trong khu vực nước nhảy tuân theo Schlichting (1969) [41]

u Vận tốc điểm trung bình theo phương ngang tại tọa độ (x, z) bát kỳ;

Up: Vận tốc điểm lớn nhất ngược chiều đóng chấy;

Up: Vận lốc điểm lớn nhất thuận theo chiều dang chay,

tị: — Chiều cao tương đổi của cao độ z:

3)

S.: Chidu day lớp biên của dòng tia rồi sát đáy lòng dẫn,

Theo Prandl (1952) [44] lớp biên là khu vực mà ở đó phan bé vận tốc điểm đông chây

có đựng không đễu Ngoài khu vue dé vận tắc điểm phân bê gần rửur đều và dược gọi

là lõi thế của dòng cháy Như vậy, những kh vực dòng chảy sau vật cản bay là những,

đòng chảy sau công trình vận tốc điểm thay đổi liên tục, khu vực nước nhây, thì cũng

được gọi là lớp biên |6] Nghiên cửu bằng thực nghiệm trên mô hình vật lý để chứng,

minh ring những dòng chảy sau vật căn vả nước nhảy có quy luật tương đồng với lớp

biển và gọi là lớp biên đông tia [17] Phân bá vận tốc điểm theo phương đứng tại tọa độ

x tuần theo cay luật (2.1)

-_ Hệ phương trinh Reynolds (1903) [40] viết cho dòng cháy rồi trong không gian hữu bạn hai chiêu đứng:

Trong công (hức lrên các đại lượng có nghĩa như sau

Ww Vận tốc điểm trung binh theo phương đứng;

nw! Mach déng van téc diém theo phuong Ox va Ov,

FF: Lue khdi don vi chiéu lén phuong Ox va Oz;

p 3 Ap suat chat long;

wo Bê rộng dòng chảy được thẻ hiện theo sơ đồ hình 2.2 sau:

Hình 2.2 Sơ đồ mặt bằng của dòng chảy

Pp: Khoi lượng riêng của nước

~ Phương trình liên tục trong không gian hữu hạn hai chiều đứng được viết theo Lê Văn

Nghi (2004) [42] như sau

Dựa trên những lý thuyết cơ bản đã được đẻ cập ở phân trên, sau đây tác giả luận án sẽ

tiền hành nghiên cửu một số đặc trưng nói tiếp bằng nước nhảy trên lỏng dân phi lãng trụ dóc thuận, mở rộng dàn

(2) Khang xét đến ảnh hưởng ctia ham khi trong kbu vue nude nhay:

(3) Lưu lượng không thay đổi theo thời gian, chuyển động én định: