Tính toán thủy lực công trình tháo

d.tính toán thuỷ lực công trình tháo• Tính khả năng tháo để quyết định hình dạng và kích thước cửa tháo.. • Phân tích các yếu tố thuỷ động lực của dòng chảy từ đó phân tích kết cấu.. •

tính toán thuỷ lực công trình tháo nước

2 Một số vấn đề có liên quan đến thiết

kế công trình tháo lũ

a.Tình hình xây dựng công trình tháo

• Toàn thế giới: 45.000 đập ( Trung quốc

49%,Việt nam 1% đứng hàng thứ 16 trong

31 quốc gia tham gia thống kê về đập.

• Việt nam : Đường tràn dặt ngoài thân đập chiếm 70% ,q=10 51m3/s/m, Qua đập –

tràn

q=40 100 m3/s/m Lỗ xả sâu 60 – –

400m3/s/m

• Chất lượng thi công chưa đạt yêu cầu

• Công trình làm việc vượt quá tiêu

chuẩn thiết kế.

• Vận hành không đúng quy trình.

c chØ tiªu thiÕt kÕ c«ng tr×nh th¸o lò

• ThiÕt kÕ vµ kiÓm tra theo tÇn suÊt

Lưu lượng tính hố xói Lai châu

ÐP¶-Tµ®b

ÐP¶-Tµ®b

R50.00

d.tính toán thuỷ lực công trình tháo

• Tính khả năng tháo để quyết định hình

dạng và kích thước cửa tháo.

• Tính toán tiêu năng để quyết định các kết

cấu tiêu năng và kết cấu bảo vệ lòng dẫn hạ lưu công trình.

• Phân tích các yếu tố thuỷ động lực của dòng chảy từ đó phân tích kết cấu.

• Phân tích các tác động đặc biệt của dòng

chảy lên công trình.

e C¸c ph­ong ph¸p nghiªn cøu c¸c bµi to¸n thuû lùc c«ng tr×nh

• M« h×nh vËt lý.

• M« h×nh to¸n : gi¶i tÝch , mô hình sè

đặc trưng cơ bản của dòng lư

u tốc cao

• Mức độ xáo trộn m nh liệt,áp lực động ã biến đổi, mạch động tăng.

• Quán tính là chủ yếu,ảnh hưởng độ

nhớt không rõ ràng.

• Dòng chảy nhạy bén với đường

biên,nhiễu loạn xuất hiện trong vùng

trộn khí và vùng chân không

Các nội dung nghiên cứu trong chương trình học

• áp lực thuỷ động và áp lực mạch

động ở dòng chảy qua công trình tháo.

• Tính toán dòng xiết (dòng lưu tốc cao).

• Tiêu năng sau công trình tháo.

thực.

2.tính toán khả năng tháo nước

Tính toán khả năng tháo

• Đại lượng đăc trưng cho khả năng tháo là lưu lượng tháo tháo qua công trình ( m3/s)

• Hệ quả của phương trình Bernuli viết cho

dòng lý tưởngvà nguyên lý ống đo Ventury

cho công thức Q= f(A,h) (1 )

• Dòng chảy thực : Q = f(m,A,h) (2)

• Nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng đến hệ số lưu lượng để xác định chính xác khả năng

tháo

Các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng tháo qua đập tràn

Các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng tháo qua đập tràn không cửa van

nghiên cứu các nhân tố ảnh hư ởng đến hình dạng mặt tràn.

• ảnh hưởng của cột nước vận tốc.

• ảnh hưởng của máI thượng lưu.

• ảnh hưởng bán kính cong ở đỉnh.

Ví dụ ảnh hưởng về hình dạng: ảnh hư

ởng của máI thượng lưu

Ví dụ ảnh hưởng của chân không

( ) 0, 16

tc E

o h / h m

m =

g /

u h

h E = + 2 2

ảnh hưởng của tuyến đập trên mặt bằng

o k

k m

d

x ,

Khối lượng công trình phụ thuộc vào vị trí đặt cửa van

Hệ số lưu lượng qua đỉnh tràn có cửa van

TÝnh ®a d¹ng cña lßng dÉn

ảnh hưởng của bán kính cong của lòng dẫn tới dòng chảy

• Phân bố áp suất không đều, dễ xuất

hiện áp lực chân không

• Nguyên nhân: do ảnh hưởng của bán

kính cong ,xuất hiện lực quán tính ly tâm

Phương trình vi phân của chất lỏng

chuyển động trong lòng dẫn cong

Điều kiện cân bằng Đalămbe

0

= +

+ r r

G

ds

dr dr

dP

Pr = −

ds

dr r

dp

− ϕ

−

=

+ ρ

−

Viết phương trình năng lượng

const

y g

u g

dy g

dr

du u

dr

dp

ρ

Hệ phương trình khép kín tính u(r,ϕ) và p(r,ϕ)

) (

cos

g r

u dr

dp

27 3

− ϕ

−

=

+ ρ

−

)

( dr

dy

g dr

du u

dr

dp

28 3

1

−

= +

ρ

r

u dr

dr dp

C

ur r

u dr

du

=

⇒

= +

Một số kết quả nghiên cứu ở công trình thủy công

Nghiên cứu phân bố áp suất cửa xả sâu

Phân bố áp suất ở ngưỡng cong của ống xi phông

Phân bố áp suất ở bề mặt đập tràn

Một số nghiên cứu ở công trinh tháo

• phân bố áp suất ở cửa vào cống ngầm.

• Phân bố áp suất ở ngưỡng xi phông.

• Phân bố áp suất ở mặt tràn.

Một số kết quả nghiên cứu bằng giảI tích

Nghiên cứu phân bố áp suất ở cửa vào cống dưới sâu

Giả thiết vận tốc phân bố theo quy luật tích

ur = const (a)

Thí nghiệm trên mô hình khe hẹp (dòng chảy thể hiện đư

ợc biến đổi độ cong của đường cong)

cos

g r

u dr

dp

27 3

− ϕ

−

=

+ ρ

−

Giải (3-27) được p = f2(x,y) (d)

Thí nghiệm trên mô hình thủy lực để kiểm chứng (d)

Phân bố áp suất và vận tốc ở cửa vào cống dưới sâu ( Ng.V.Mạo 1987)

Nghiên cứu phân bố áp suất ở ngưỡng xi phông (X.M.Xlixxki)

Viết phương trình ƠLE trong hệ trục toạ độ xoy

) a

( dy

dp y

y

* P

P

ϕ

− γ

= γ

Giả thiết vận tốc theo quy luật diện tích, viết quy luật độ cong của đường dòng

) c

( h

y r

r r

r

1 1

1

1 2

1 1

Từ đó tìm được sự phân bố uy=f(x,y) Py=f2(x,y)

KÕt qu¶ nghiªn cøu cña X.M.Xlixxki

KÕt qu¶ nghiªn cøu cña Ng« trÝ viÒng

Ph©n bè ¸p suÊt cña dßng ch¶y

qua trµn

Nghiên cứu phân bố áp suất ở cuối tràn

Phương trình chuyển động

dr

/ P

d rg

u

Phương trình năng lượng

)' b

( g

+

Giả thiết quy luật phân bố vận tốc

)' c ( C

m

P

= +

θ

=

2

phân bố áp suất thuỷ động của

dòng chảy qua tràn

Phân bố áp suất

ở cuối tràn

tính phân bố áp suất của dòng

chảy qua đỉnh đập tràn và

qua cống bằng phương pháp pthh

• Sử dụng PTHH giải các bài toán thuỷ lực là

một hướng mới để giải các bài toán dòng thế

có mặt thoáng tự do.

Phương trình cơ bản của dòng

thế hai chiều qua đập tràn

®iÒu kiÖn biªn

Nguyên lý biến phân của khu vực

khả biến

• Mặt phẳng xoy và cả mặt nước là ẩn số

• khả biến thì tồn tại một phiếm hàm J đạt cực trị khi thay đổi các giá trị đư ờng mặt nước.

•Vấn đề đặt ra là tìm hình dạng của s và hàm f trong

D để J đạt cực trị.

•Đường PQ chia thành D1

cố định có J1 và D2 khả biên có J2.

KÕt qu¶ cña mét sè bµI to¸n kh¸c