SÁNG CHẾ THIẾT KẾ TỐI ƯU RÃNH THOÁT NƯỚC

SÁNG CHẾ THIẾT KẾ TỐI ƯU RÃNH THOÁT NƯỚC

Trường Ðại Học Giao thông Vận tải

Khoa Sau Ðại học

SÁNG CHẾ THIẾT KẾ TỐI ƯU

Häc viªn : §Æng Thu Thñy

Hà NộI, 10/2004

Phần thứ nhất: Thiết kế tối ưu

I Đặt vấn đề

Khi xây dựng đờng dặc biệt là đờng miền núi và vùng trung du, khối lợng xây dựng và giá thành các công trình thoát nớc trên đờng chiếm một phần đáng kể trong tổng giấ thành xây dựng Trong những công trình này phần dẫn nớc từ nơi cao xuống thấp tại nơi có địa hình dốc các công trình thủy lực nh bậc nớc, dốc nớcthờng đợc sử dụng Khi dòng nớc đổ xuống hạ lu, phần năng lợng thừa biến thành động năng, vận tốc tăng lên, nên ngay sau lòng dẫn bị xói lở nghiêm trọng ảnh h-ởng đến an toàn công trình Do vậy nhiệm vụ tính toán tiêu năng là phải tìm biện pháp tiêu huỷ năng lợng của dòng chảy, điều chỉnh lại sự phân bố lu tốc, làm giảm mạch động để dòng chảy trở

về trạng thái tự nhiên trên một đoạn ngắn nhất, rút ngắn đoạn gia cố ở hạ lu Thiết kế tiêu năng phải

đảm bảo mục tiêu trên, tuy nhiên thiết kế phải hợp lý và tiết kiệm vật liệu nhất

II.nội dung bàI toán.

Thiết kế dốc nớc BT+ bể tiêu năng mặt cắt chữ nhật với hàm mục tiêu là giá thành

Mặt cắt ngang dốc nớc và bể tiêu năng

a1: Chiều dày vách dốc (m)

a2: Chiều rộng thân dốc (m)

a3: Chiều dày đáy dốc (m)

a4: Chiều cao thân dốc (m)

a5: Chiều dày thành bể (m)

a6: Chiều sâu bể (m)

a7: Bề rộng đáy bể (m)

a8: Chiều dày đáy bể (m)

a2 a1

a4

a3

a5

a8 a6 a7

2.Kiểm tra lu lợng và lu tốc chảy trong thân dốc:

-Tính chiều sâu dòng chảy trong thân dốc:

2 2

4

.a

v

Q a

a

CP

TK

=

= ω

-Xác định lu lợng dòng chảy trong thân dốc:

) 2

1

; 2

(

;

6 1

4 2

4 2 4

2

4 2







 +

= +

=

=

=

a a

a a n a

C a a

a a R i R C

v

v Q

b d

TT ω

− 100%<5%

TK

TK TT

Q

Q Q

Chiều sâu a4 là đạt

− 100%>5%

TK

TK

TT

Q

Q

Q

=> tăng chiều sâu a4 và tính lại

3.Tính độ sâu đầu dốc (không có ngỡng)

-Dốc không có ngỡng nên độ sâu đầu dốc là độ sâu phân giới hk: 3 ; 1

2

2

=

gb

Q

h k

4.Tính độ sâu cuối dốc

-Tính chiều dài đờng mặt nớc l:

J i

l

−

∋

∆

=

Với

2

0

0

k

k

J J

J = +

∋

−

∋

∋=

∆

+Nếu chiều dài đờng mặt nớc < chiều dài cuối dốc=> Dốc dài, độ sâu cuối dốc hcd=a4 +Nếu chiều dài đờng mặt nớc > chiều dài cuối dốc=> Dốc ngắn, độ sâu cuối dốc hcd>a4

5.Kiểm tra xem có phải làm công trình tiêu năng không.

-Tính độ sâu liên hợp với độ sâu trớc nớc nhảy h’= a4( độ sâu cuối dốc )

















− +

'

8 1 2

'

" 3

3

h

h h

-Tính độ sâu nớc hạ lu công trình hh Biết QTK , a7 (=bh),ih bằng phơng pháp thử dần xác

định đợc hh -Nếu h’’>hh thì phải làm CT tiêu năng (Bể tiêu năng)

6.Tính toán tiêu năng:

Kích thớc bể tiêu năng ( chiều sâu bể a6, chiều dài bể Lb)

+ Tính chiều sâu bể tiêu năng:

-Giả sử chiều sâu bể d=h” - hh

-Tính chiều sâu liên hợp hc”: hc”=E01.c”

2 4 01

2g a

v a

E = + tt +

c”=> tra bảng thông qua F(c) :

2 3 01

7.1,1.( )

) (

E a

Q

F TK

c = τ

-Tính :









−

=

7

2

) (

1

1

TK

h h a g

Q z

-Tính lại chiều sâu bể: 1,1 '' ( )

d = c − h +∆

Nếu 1100% 5% a6 d1

d

d

d − < ⇒ =

Nếu − 1100%>5%⇒

d

d

d

2 3 02 7

; ) (

1 , 1

)

E a

Q

F TK

τ

+ Tính chiều dài bể;

-Tính

g

a a v

L CP 6 4 1

2 +

= (Theo L.A Baraxh)

2 4

2 (

g

v a

L = + CP ( Theo Khu Tin) Vậy Lbể= min(L1 L2)

8.Điều kiện ràng buộc:

) , min(

3

2

1

2

1 L L L

Q Q

v v

be

TK TT

CP TT

=

≥

≤

9.Hàm mục tiêu:

Mục tiêu= giá 1m3 BT[2a1.a4+(a2+2a1).a3]Ld+ giá 1m3 đá xây(2a5.a6+a7.a8 )Lbe

III.thiết kế chơng trình.

1.Số liệu đầu vào:

Nhập số liệu chọn kích thớc mặt cắt dốc nớc và bể tiêu năng: a1, a3, a5, a7, a8,

QTK : Lu lợng thiết kế

VCP : vận tốc cho phép

Ld : Chiều dài dốc

id : Độ dốc dốc nớc

a : Hệ số cuốn khí

nb : độ nhám BT

ih : độ dốc đáy hạ lu

Giá thành 1m3 BT, 1m3 đá xây:

2.Số liệu đầu ra:

a1→ a8 và giá thành: cha tối u

a1→ a8 và giá thành: đã tối u

3.Sơ đồ khối:

Bắt đầu

NSL từ bàn phím

KT các ĐK ràng buộc

Tính hàm mục tiêu

KT hàm mục tiêu

Kết quả

Có nhập số liệu lại?

In kết quả

Kết thúc

+

+

-+

-4.Cấu trúc chơng trình:

Chơng trình cấu trúc thành các mô đun:

1 Giới thiệu

2.Nhập số liệu và khai báo hằng số

3.Tính toán

4.Kiểm tra điều kiện ràng buộc

5.Tính toán hàm mục tiêu

6 In kết quả

Phần thứ hai: Sỏng chế

Một số quy tắc sáng chế trong chiếc bàn là

1.Quy tắc tăng nhanh hay giảm bớt tốc độ vận hành: Hệ thống điều chỉnh nhiệt độ ứng với mỗi chất liệu vải khác nhau

2.Quy tắc sử dụng nhiều loại vật liệu vào một bộ phận: Đáy bàn là đợc tráng một lớp chống cháy, chống dính đối với chất liệu vải nilon

3.Quy tắc chuyển đổi giữa các trạng thá hoạt động: Bàn là hoạt động không liên tục, sau một thời gian hoạt động đảm bảo tự động ngắt để tiết kiệm điện và an toàn cho ngời sử dụng

4.Quy tắc ghép vài chức năng vào một cá thể: Bàn là đợc thiết kế với hệ thống phun hơi nớc nhiều chức năng: phun hơi , phun tia, tự rửa sạch cặn đóng trong bình đun

5.Quy tắc sử dụng khớp cầu thay cho khớp phẳng: nối giữa bàn là và dây dẫn điện bằng một khớp cầu, khi bàn là di chuyển tại khớp nối dây dẫn không bị gập đi gập lại nhiều lần, dây dẫn sẽ bền hơp và không bị đứt

6.Quy tắc phân đoạn hoạt động của các bộ phận:Tự động báo chuông sau 30 giây khi ngời sử dụng quên rút điện

7.Quy tắc chuyển đổi trạng thái vật lý Thể lỏng- thể khí: Nớc trong bình đợc đun sôi và hơi nớc đợc thổi ra ngoài giúp là nhanh và đẹp hơn, không bị cháy

Quy tắc cải tiến: Quy tắc xếp lồng vào nhau khi vận chuyển Bàn là vẫn có đầy đủ chức năng tiện ích nh trên nhng lại có thể xếp nhỏ lại có thể mang theo trong ca táp khi đi công tác