Tài liệu môn học thủy lực môi trường

DÒNG ỔN ĐỊNH Ko ĐỀU BIẾN ĐỔI DẦN TRONG KÊNH HỞ B2 2.4 Tính và vẽ đường mặt nước trong kênh bằng pp sai phân hữu hạn B3 Chương 5.. Điều kiện cần để có dòng chảy đều không áp: • Hình dạng

THỦY LỰC

Chương 2 DÒNG ỔN ĐỊNH Ko ĐỀU BIẾN ĐỔI DẦN TRONG KÊNH HỞ B2

2.4 Tính và vẽ đường mặt nước trong kênh bằng pp sai phân hữu hạn B3

Chương 5 NỐI TIẾP VÀ TIÊU NĂNG

Phần I NỐI TIẾP DÒNG CHẢY Ở HẠ LƯU CÔNG TRÌNH B7

Phần II TIÊU NĂNG Ở HẠ LƯU CÔNG TRÌNH B8

2

CHƯƠNG 1 DÒNG CHẢY ĐỀU TRONG KÊNH HỞ

dụ như dòng chảy trong kênh rạch, sông ngòi Do có mặt thoáng (tiếp

xúc với không khí) nên đây là dòng chảy không áp

không đổi từ mặt cắt này sang mặt cắt khác

Điều kiện cần để có dòng chảy đều không áp:

• Hình dạng mặt cắt, chu vi và diện tích mặt cắt ướt không đổi dọc theo

dòng chảy

• Độ dốc đáy không đổi, i=const

• Hệ số nhám cũng không đổi, n=const

Như vậy dòng chảy đều chỉ có thể xảy ra trong kênh lăng trụ Để đảm bảo

vận tốc không đổi khi tổn thất năng lượng dọc theo dòng kênh cân bằng

với việc giảm thế năng do độ dốc của đáy kênh tạo ra.

Độ giảm thế năng do độ dốc kênh là:

V: vận tốc trung bình mặt cắt R: Bán kính thủy lực i: Độ dốc đáy kênh

W: Trọng lượng thể tích nước từ mc 1-1 đến mc 2-2 : Trọng lượng riêng của chất lỏng

Do độ dốc đáy kênh thường khá bé nên sin tg F m ALtg ALi

sin AL sin W

2 / 1 2 / 1

Ri C V

W

Wsin( )o

V 2 / 3

Hệ số n được gọi là hệ số manning

6 / 1

R n 1 C

Công thức Chezy

Ri C V

i R n 49 1

• Độ nhám lòng dẫn: phụ thuộc đặc điểm vật liệu đáy, với các

vật liệu mịn (đất, cát) thì n nhỏ và ngược lại Ngoài các đặc

tính vật liệu đáy, lớp phủ thực vật trên mái kênh và các vật

cản trên lòng dẫn cũng làm tăng n

• Hình dạng mặt cắt kênh: Các dạng mặt cắt kênh (hình

thang, hình tròn, vuông, ) ảnh hưởng đến n Ngoài ra sự thay

đổi của hình dạng mặt cắt (do bị bồi, uốn khúc) trong một

tuyến kênh cũng làm tăng n

• Mực nước và lưu lượng: Trên lòng dẫn chính, khi mực nước

và lưu lượng tăng thì n thường giảm

10

3 Xác định hệ số nhám

Trên cơ sở hệ số nhám cho một kênh tiêu chuẩn: kênh thẳng, mặt cắt lăng trụ, đáy trơn và chỉ

có 1 loại vật liệu

1) Phương pháp SCS (Soil Conversation Service, Cowan ):

n = 0,02 + 0,005 + 0,001 Kênh chuẩn

Bờ kênh có cỏTiết diện thay đổi nhỏ

2) Phương pháp dùng bảng

Vd: Lòng dẫn thiên nhiên thẳng, đất mịn, không vật cản có n=0,025

3) Phương pháp dùng ảnh 4) Phương pháp biểu đồ lưu tốc

Từ số liệu tno về chiều sâu, vận tốc dòng chảy, người ta xây dựng các hàm tno:

) 95 , 0 x ( 78 , 6 h ) 1 x ( n 6 / 1

x=U 0.2 /U 0.8

- Trường hợp mặt cắt kênh đơn giản

5) Các công thức thực nhiệm dựa trên kích thước hạt

6 / 1 65 d 013 0 n

Vd: công thức của Raudkivi (1976)

11

1.3 Xác định hệ số nhám

- Trường hợp mặt cắt phức tạp

3 / 2 n

1 i 2 / 3 i

p n n

Công thức của Horton, Einstei và Bank

- Khi vận tốc đơn của các mảnh chia bằng nhau

- Nếu xem lực ma sát trên toàn bộ mặt cắt bằng

tổng của các lực ma sát của các thành phần

2 / 1 n

1 i 2 i

p n n

Công thức của Cox dựa trên thí nghiệm

A A n n n

n R PR n

1 11

i R n

Q2 2 2/31

i R n

Q3 3 2/31

I

R1 = A1/P1 P1 = AB + BC

P2 = CD + DE + EF

1.4 Tính toán dòng đều

1.4.1 Tính toán lưu lượng dòng đều AR i

n 1

Q 2 / 3 3

AR 2 / 3

Khi biết giá trị của vế phải, cho h các giá trị thay đổi sao cho 2 vế bằng nhau

- Phương pháp biểu đồ:

Với các mặt cắt thường gặp, người ta vẽ sẵn những đường quan hệ không

thứ nguyên giữa modul lưu lượng và độ sâu dòng chảy

- Phương pháp lặp Dây cung, Chia đôi, Newton

sao cho: mặt cắt này có lợi nhất về mặt thủy lực

2

h ) m ( h ) mh b ( A

) m 1 2 ( h m 1 h b

<=> nhỏ nhất

h / b

Ngoài ra vận tốc trong kênh <vận tốc xói (Vkx)

h

d

dA 2

0 h d dh ) m 1 2

(

d

) m m 1 ( 2 h

ln

2 h

R ln

8 / 3

2 3 / 2

i ) m m 1 2

(

Q n 2 h

Ứng với 1 lưu lượng cho trước Q, kích thước mặt cắt có lợi nhất về mặt

thủy lực được tính như sau:

h ) m m 1 ( 2 h

i 2 h h ) m m 1 2 ( n 1 i 2 h ) mh b ( n

/ 2 3

/

2

- Mặt cắt hình chữ nhật (hình thang với m=0)

2 h

b

2 h

Ví dụ 1.2: Một kênh hình thang có b=3m, m=1,5, i=0,0016, n=0,013 Xác

định độ sâu dòng chảy nếu lưu lượng trong kênh là 7,1m3/s

3075 , 2 0016 , 0 1 , 7 013 , 0 i

nQ

AR 2 / 3

A=(b+mh)h=(3+1,5h)h

h 606 , 3 3 5 , 1 1 h 3 m 1 h b

h 606 , 3 3 h ) h , 1 3 ( P A R

Bằng cách thử dần =>

Bài tập về dòng đều trong kênh hở

Ví dụ 1.5: Kênh hình thang có mái dốc m=2, hệ số nhám n=0,02 và độ

dốc kênh i =0,0001, lưu lượng Q=50m3/s Tính kích thước kênh (b,h) saocho có lợi nhất về mặt thủy lực

5 Dòng không đều có nhập lưu

Trong dòng ổn định biến đổi dần, đường mực nước thường khá

phức tạp Qua chương này sẽ xác định đường mực nước trên cơ

sở việc tính năng lượng của các mặt cắt

2

g V cos h a E

Năng lượng tại mặt cắt

là hệ số sửa chữa động năng, ~1 Năng lượng riêng,

2 2 2 o

gA 2

Q h g

V h E

Định luật Becnoully

23

1 CÁC KHÁI NIỆM

Năng lượng tại mặt cắt

=> với 1 lưu lượng Q= const

E=f(h) có 1 điểm cực tiểu, 2

đường tiệm cận

2 2 2

o

gA 2

Q h g

gA 2

Q h g

V h E

Độ sâu phân giới là độ sâu để E0 đạt cực tiểu, hay: 0

dh dE

cr h 0

0 gA B Q 1 dh dA A 2 g Q 1 ) gA 2 Q h ( dh d dh dE

3 2 3

2 2 2 0

g Q B

cr

3 cr

PL.2

Với Q=const <=> hcr=const & không phụ thuộc độ dốc kênh

2 3

2 2

cr

g q gb Q

2 2 cr

gm Q 2 h

kênh tam giác cânKênh có mặt cắt phức tạp:pp thử dần, đồ thị, lặpvà các cthức gần đúng

crCN 2 N N

3 1 ( h

Vd với kênh hình thang

b

mh crCN N

(Critical depth)

icr là độ dốc của một kênh lăng trụ, ứng với

Q=const, độ sâu dòng chảy đều trong kênh

ho= hcr

Xác định i cr :

cr cr cr

cr cr

B C gP B R C

gA i

2 cr cr

C

g i

kênh có B>>h, khi đó Pcr Bcr

26

1 CÁC KHÁI NIỆM

gA B V Q hay gA B Q F

2 3

2 r

Số Froude

C V B / gA V

F r

C là vận tốc truyền sóng nhiễu động nhỏ trong nước tĩnh (Ch.7)

Định nghĩa:

Công thức tính số Froud dựa trên độ sâu phân giới:

g Q B A gA B Q F

2

cr

3 cr 3 2 2

3 cr

3 cr 3 2 3 2 2

A B B A A B g Q gA B Q F

Đối với kênh có mặt cắt hình chữ nhật: 3

cr

2 ( h / h ) F

Số Froude ~ hàm tính độ sâu phân giới (2.7)

• Chảy êm khi h>hcr

• Chảy xiết khi h<hcr

• Chảy phân giới khi h=hcr

Khi V<C, sóng có thể truyền lên thượng lưu

Fr2<1

Fr2>1

28

2.2 Pt vi cơ bản của dòng ổn định không đều biến đổi dần trong kênh hở

g V h a E

2

g V ds dh ds dh i g V ds dh ds dh ds da ds dE J

2 2

Độ dốc thuỷ lực Jđược tính như sau:

Trên 1 đoạn kênh ngắn có chiều dài ds, Jđược tính theo công thức Chezy:

2 2 2 2 2 2 2

K Q R C A Q R C V J

Coi =const, Thành phần động năng sẽ được biến đổi như sau:

ds dA gA Q gA 2 Q ds dh g V ds dh

3 2 2 2 2

A=f(s,h(s))

ds

dh B s A ds dh h A s A ds

dh B s A gA Q g V ds dh

3 2 2

2 2 2 2

gA B Q 1

s A gA R C 1 R C A Q i ds dh

2 3 2 2 2 2

Fr 1 J i gA B Q 1

R C A

Q i

ds

dh

Trong trường hợp kênh lăng trụ A / s 0nên

Pt (2.26) và (2.27) là các pt vi phân với ẩn số là hàm h(s) Để xác định h(s)

trong các pt trên ta cần có thêm điều kiện biên h=h(so) tại một điểm sonào

đó Trong trường hợp chung, các phương trình trên chỉ có thể giải gần đúng

(2.26)

(2.27)

30

2.3 Các dạng đường mặt nước trong kênh lăng trụ

Để đơn giản ta xét dạng mc trong kênh lăng trụ có K và L=A 3 /B khi h

• Nếu h theo chiều chảy <=> dh/ds>0 vàdV/ds<0 => dòng , đ.mnước dâng

• Nếu h theo chiều chảy <=> dh/ds<0 vàdV/ds>0 => dòng , đ.mnước hạ

Tuỳ theo i mà N-N có thể nằm trên hoặc dưới K-K

2.3.1 Trường hợp kênh có độ dốc thuận i>0

J K Q

và

o o

K R CA K

i K

và

Với dòng đều:

i Fr 1 K / K 1 ds dh

2 2 2

(2.27) <=>

- Trường hợp kênh lài: 0<i<icr

<=> ho>hcr, đường N-N nằm trên

K-K Mnước có thể có dạng một trong 3 đường aI, bI, cI

2.3 Các dạng đường mặt nước

- Trường hợp kênh lài: 0<i<icr (cont.)

Đường a Ilà đường nước dâng khi tại

1 điểm F ta có độ sâu h>ho Đường

này nằm trên đường N-N và có 2

tiệm cận: tiệm cận ngang B-B và

tiệm cận N-N Cminh như sau:

F

x

• Vì 0<ho<hcrnên i>J và Fr2<1 => Tử và mẫu của (2.32)>0 => dh/ds>0

=> nước dâng

• Khi h ho, K Ko, tử số tiến tới 0+, trong khi đó mẫu số #0 nên

dh/ds 0+, nghĩa là mặt thoáng tiệm cận với N-N

• Khi h , K và Fr2 0, cả tử và mẫu số của (2.32) tiến tới 1 và

dh/ds i, nghĩa là mặt thoáng sẽ tiến tới nằm ngang theo đường tiệm

cận với B-B

i Fr 1 K / K 1 ds dh

2 2 2

- Trường hợp kênh lài: 0<i<icr (cont.)

Đường b Ilà đường nước hạ khi tại 1điểm F có hcr< h<ho Đường mặtnước nằm trong vùng b, tiệm cận vớiđường N-N và có 1 tiếp tuyến đứngW-W.Ta có thể chứng minh điều nàynhư sau:

• Vì ho>h>hcr nên và Fr2<1 Do đó trong phương trình (2.32) cả tử số mang dấu âm và mẫu số mang dấu dương, như vậy dh/ds<0, điều này đòi hỏi h giảm theo chiều dòng chảy, nghĩa là đường nước hạ

• Khi h ho, K Ko, cũng phân tích giống như trường hợp đường a1, dh/ds 0, nghĩa là mặt thoáng tiệm cận với N-N

• Khi h hcr, Fr2 1, mẫu số của (2.32) tiến tới 0+ và dh/ds , nghĩa là mặt thoáng sẽ có một tiếp tuyến thẳng đứng W-W

i Fr 1 K / K 1 ds dh

2 2 2

- Trường hợp kênh lài: 0<i<icr (cont.)

Đường cIlà đường nước dâng khi tại

một điểm F ta có độ sâu ho>hcr>h

Đường này nằm trong vùng c và có 1

tiếp tuyến thẳng đứng W- W

• Vì ho>hcr>h nên và Fr2>1 Do đó trong phương trình (2.32) cả tử số và

mẫu số đều âm, như vậy dh/ds>0, điều này đòi hỏi h tăng dọc theo kênh

dòng chảy, nghĩa là đường nước dâng Khi h hcr, giống như ta phân

tích cho đường bI, mẫu số của (2.32) tiến tới 0 và dh/ds , nghĩa là

mặt thoáng sẽ có một tiếp tuyến thẳng đứng W-W

i Fr 1 K / K 1 ds dh

2 2 2

- Trường hợp kênh lài: 0<i<icr (cont.)

Đường cIlà đường nước dâng khi tạimột điểm F ta có độ sâu ho>hcr>h

Đường này nằm trong vùng c và có 1tiếp tuyến thẳng đứng W- W

• Vì ho>hcr>h nên và Fr2>1 Do đó trong phương trình (2.32) cả tử số và mẫu số đều âm, như vậy dh/ds>0, điều này đòi hỏi h tăng dọc theo kênh dòng chảy, nghĩa là đường nước dâng Khi h hcr, giống như ta phân tích cho đường bI, mẫu số của (2.32) tiến tới 0 và dh/ds , nghĩa là mặt thoáng sẽ có một tiếp tuyến thẳng đứng W-W

i Fr 1 K / K 1 ds dh

2 2 2

trong kênh dốc thoải sau đập tràn

hoặc cống có dòng chảy xiết

kênh dốc thoải có dòng chảy êm (ho>h cr )

và bị chặn bởi cống hoặc đập tràn.

trong kênh có dòng chảy êm

mà ở phía cuối có bậc thẳng đứng hay dốc nước

36

2.3 Các dạng đường mặt nước

- Trường hợp i>icr

<=> ho<hcr, đường N-N nằm dưới đường K-K Mnước có thể

có 3 dạng: aII, bII, cII

Đường bIIvà đường nước dâng cIIgặp khi trong kênh thay đổi độ dốc

Dạng của 3 đường này có thể xác định như trường hợp trước: pt (3.23)+ 1 điểm F của mặt thoáng

h o h cr

cII

K

K N

N

bII

h o h cr

K N

2.3 Các dạng đường mặt nước

- Trường hợp i=icr

K N

cIII

K N

2 3

J i

K

K j 1 K

K 1 i ds dh

gP

BC B P C g j

2

cr cr 2 cr

Khi h ho=hcrthì J tiến tới 1 => dh/ds i => đường aIII

(cIII) sẽ tiến tới vị trí nằm ngang

K N

i = i cr

K N

2

3 2 2 2 2

Fr 1 J i

gA B Q 1 R C Q i ds dh

4) Khi độ sâu dòng chảy tăng vô cùng lớn, đường mặt nước tiến tới đường nằm ngang

5) Ngoại trừ trường hợp i=icr, các đường mặt nước tiến tới đường K-K với tiếp tuyến thẳng đứng Khi qua mặt K-K mặt nước mất liên tục và đổ trúc xuống

41

2.3 Tính và vẽ đường mnước trong kênh bằng pp sai phân hữu hạn

Khi kênh có dạng phi lăng trụ

thì phương pháp tích phân gần

đúng không thể sử dụng Trường

Chia kênh thành các đoạn nhỏ Xét

đoạn kênh thứ m có chiều dài lm,

nằm giữa các mặt cắt m và m+1

m 2 m 1 m 1 m 2 m m

m

g

V h g

V h

l

i

m

l i

m h

m

m J l h

Độ dốc Msát (or TLực) J ( J m J m 1 / 2 2

2 2 2 2

K Q R C A

Q J

2 m

2 1 m 1 m 2 m

2 m m

m

gA 2 Q h gA 2

Q h

Xét kênh có llượng chảy vào từ bên hông

q' có vận tốc V, hợp với phương s một góc :

V

Xét sự thay đổi đlượng và các lực tác động lên đoạn ds:trọng lực Gs, áp lực 2 đầu kênh P1- P2, lực msát lòng kênh T

ds

Ads i

G s

Pds

Nguyên lý biến thiên động lượng (ĐL2 Newton)

Các lực tác động biến thiên động lượng

cos V

V a

q 1 2 2 1

G

ds V q ds cos V q

dA u ds K K

A 2 2 1

3 2 a

A g B Q 1

) A Q 2 V ( gA ' q J i ds dh

3 2 a

i i 1 i

A g B Q 1

) A Q 2 V ( gA ' q J i s h h

dA g d dA d P P

A A 2 1 2 2 1 c 2

P 1

ds V ' q V ' q Ads V ' q m mV

2 q

Ví dụ 2.2 Một kênh ltrụ cĩ mặt cắt ngang hình thang với chiều rộng đáy

là b=13m, m=0,2, Q=1996m2/s Xác định độ sâu phân giới bằng phương

pháp đồ thị, cơng thức gần đúng và lặp =phương pháp chia đơi

5 2 2 cr

3

cr

81 , 9 1996 1 g

T=f(h)

1 3 5 7 9

Bước 2: Tính h=(h1+h2)/2, tínhT(h)

Nếu T(h)<Tcrthay h1=hNếu T(h)>Tcrthay h2=h

Bước tiếp theo: Lặp lại bước 2

2 Phương trình và hàm nước nhảy

3 Tính toán nước nhảy

4 Các dạng nước nhảy khác

46

2.2 Phương trình vi cơ bản của dịng ổn định khơng đều biến đổi dầntrong kênh hở

3.1 Khái niệm

3 2

2

2 2

gA B Q 1

s A gA R C 1 R C A Q i ds dh

h cr

Trong thực tế trong vùng lân cậnW-W, dịng chảy là biến đổigấp, nên pt trên khơng thể sửdụng để mơ tả cho vùng này

Nhận xét về tiếp tuyến đườngcong trên chỉ mang tính tươngđối, mang tính định hướng

• Nước nhảy là sự biến đổi gấp của dịng chảy từ độ

sâu h’ nhỏ hơn hcrtới độ sâu h’’ lớn hơn hcr

Độ sâu phân giới

3.1 Khái niệm

Độ sâu phân giới

Nước nhảy được đặc trưng bởi:

• Chiều cao nước nhảy an

• 2 độ sâu liên hiệp trước và sau nước nhảy là h’ và h’’

• Chiều dài nước nhảy Ln

• Chiều dài sau nước nhảy Lsn

hH– độ sâu kênh hạ lưu (h’’ hH

3.2 Phương trình nước nhảy

i<icr

s s s s 0 1 01 2

( Q

2 2 s 1 1 s A y P A y P

Giả thiết 0: Dchảy bđổi chậm tại AB & CDNlý động lượng cho VABCDtheo phương S

GThiết 1) 01= 02= 0 2) T0<<1GThiết 3) i=0 <=> Gs=Ps=0

2 2 c 1 1 c 1 2

1 1 1

2 0 2 2 2

2

gA

Q A y gA

LAv mv

50

3.3 Hàm nước nhảy

A y gA Q ) h

2 0

0 ) A y ( dh d dh dA gA Q dh

d

c 2 2

) ' h ( ) ' h (

B dh dA

dA 2

dh A ) dh y

C

dh

ycB

dA

A 2 A A 0 h lim h

A 2 h hA 0 h lim

h A y A 2 h A ) h y ( 0 h lim dh ) A y (

c

0 A B gA Q

2 2 0

g Q B

3.4.1 Chiều sâu nước nhảy

3.4 Tính tốn nước nhảy

- Kênh hình CN

Thay q=Q/b (lưu lượng đơn vị)

Đối với kênh hình CN ta cĩ A=bh ; yc=h/2,theo Ch2 thì:

2 h y gh q b A y gA Q ) h (

2 c 2 c 2

g q h

2 3 cr

2 h y h h b ) h (

2

c 3 cr

Viết pt trên cho h’ và h’’ :

2 ' h y ' h h 2 ' h y ' h

c 3 cr 2

c 3 cr

1 ' h h 8 1 2 ' h ' h

1 ' h h 8 1 2 ' h ' h

3 cr

3 cr

Khi h’’ 5hcr

cr

2 cr cr 2 cr

h , 0 ' h h , 1 ' h

h , 0 ' h h , 1 ' h

52

3.4.1 Chiều sâu nước nhảy

3.4 Tính tốn nước nhảy

- Kênh lăng trụ bất kỳ h’ hoặc h’’ được xác định bằng cách giải pt nn theo pp lặp, pp đồ thị hoặc thử dần.

Ví dụ 3.2: Kênh hình thang với

b=5m, m=2, đáy nằm ngang cĩ Q=100m3/s, 0 = 1 Độ sâu nước nhảy h’=1m, tìm h’’

1 c 1

2 0 2 c 2

2

gA Q A y gA Q ) ' h (

2

1 h ' ( b mh ' ) 7 m A

m 452 , 0 b ) ' mh 2 b ( b ) ' mh 2 b ( 3 ' h

y c 1

) ' h 5 ( ' h ) ' mh b ( ' h

A 2 5 m 4 , 1019 g

Q 2

3 1 c 1 2

m 79 , 148 A y gA Q ) ' h (

' mh 2 b gA Q ) ' h ( 6 '

2 0

Pt trên được giải bằng pp lặp

Khởi đầu (bước 0) ta cho h0’’=5m,sau 3 lần lặp ta được h3’’=4,84m, vớichênh lệch so với bước 2 là 0,007mnên ta cĩ thể chấp nhận độ cao nàylàm đáp số bài tốn

6 ) ' mh 2 b ( ' h A y 2

2 c

53

3.4.2Tổn thất năng lượng nước nhảy

3.4 Tính tốn nước nhảy

Tổn thất năng lượng nước nhảy là E n E 1 E 2

Trong đĩ E1và E2là năng lượng mặt cắt tại các độ sâu liên hiệp h’ và h’’

2 2 2 2 2 1

2 2 2 1 2 1 n

gA 2

Q ' h gA 2

Q ' h

g V ' h g V ' h E E E

2.1.1 Năng lượng tại mặt cắt

g V h E

3 3 n

Trong đĩ a được đặt bằng h’’-h’

g Q B

3

' h

3.4.1 Chiều dài nước nhảy

° Các công thức thực nghiệm thuần túy, không có lời giải lý thuyết

° Một số công thức cho kênh mcắt chữ nhật:

l n 5

01 1

2 175

l n

3.4 Tính tốn nước nhảy

Xét trường hợp sau: Trước nước nhảy là đường nước dâng cI, bắt đầu từ vị trí A(h1, x1) theo phương dịng chảy (phương x) Sau nước nhảy là đường nước hạ bI, mà tại vị trí x2cĩ độ sâu h2, B(h2,x2) Ta cần tìm vị trí nước nhảy xảy ra trong khoảng từ x1đến x2, cũng như 2 độ sâu liên hiệp h’ và h’’ Gọi A’(x’,h’) và B’’(x’’,h’’) là vị trí trước và sau nước nhảy

3.4.2 Vị trí nước nhảy

3.4 Tính tốn nước nhảy

Ta biết A’(x’,h’) phải nằm trên

Bước 3: Từ phương trình (3.4) tìm các độ sâu liên hiệp của đường cI, ký hiệu

là các giá trị h’’11, h’’12, , h1i ,h’’1n Trên trục x tìm các giá trị x’’11, x’’12,

, x’’1n, tương ứng với các độ sâu trên như sau:

x’’1i=x1i+lni

Với lnilà chiều dài nước nhảy nếu nước nhảy xảy ra ứng với vị trí x1ivới 2 độ

sâu liên hiệp là h1ivà h’’1i, giá trị này được xác định theo cơng thức thực

nghiệm

56

3.4.2 Vị trí nước nhảy

3.4 Tính tốn nước nhảy

Bước 4:Đưa các điểm (x’’1i, h’’1ilên đồ thị và nối lại, ta được đường liên hiệp với cI, ký hiệu cI’’ Giao của đường cI’’ với bI chính là B’’(x’’,h’’), là

V 2

2

h ng

h 1 2 2

Kênh HCN

hcn

h 2 2 3

h 1 2 2

h ng

gh V 2 Fr 2 1 h h

c h

h

2 2 2

h ng

h h gh V 2 Fr 2 1 h h

) h h 1 ( Fr 2 1

h

h

c h 2 h

ng

Fr2hcn=(hcr/hh)3

) h h ( 6

K K

Nước nhảy sóng dạng những loạt sóng tắt dần

K K

H3.8 Nõðc nhÀy trong giäng

3.5.1 Nước nhảy không tự do

° Xảy ra trong giếng tiêu năng

° Chiều dài nước nhảy < bình thường

59

CHƯƠNG 4

DÒNG CHẢY QUA CÔNG TRÌNH

(đập tràn, cống)

Phần I DỊNG CHẢY QUA ĐẬP TRÀN

Khi dịng chảy qua các cơng trình như đập tràn, cống, chuyển

động của dịng chảy thường thay đổi đột ngột nên được gọi là

dịng chảy khơng đều biến đổi gấp

Chế độ chảy tự do

Tuỳ theo ảnh hưởng của mực nước hạ lưu đối với khả năng tháo nước qua đập, dịng chảy qua đập cĩ thể cĩ một trong 2 chế độ chảy:

• Chảy tự do:mực nước hạ lưu thấp hơn đỉnh đập hoặc caohơn đỉnh đập nhưng chưa ảnh hưởng đến dạng nước tràn

• Chảy ngập:mực nước hạ lưu cao hơn đỉnh đập và ảnhhưởng đến dạng nước tràn và khả năng tháo nước của đập

4.1 Chế độ chảy và các dạng đập tràn

° Đập tràn cạnh mỏng:

° Đập tràn thực dụng:

° Đập tràn đỉnh rộng:

H

670

H

670

Đập tràn cạnh mỏng

Đập tràn mc thực dụng

4.1 Chế độ chảy và các dạng đập tràn

63

P1 DÒNG CHẢY QUA ĐẬP TRÀN (2/5)

Khoang chữ nhật Khoang tam giác Khoang hình tròn

Q

Đập tràn

Q Đập tràn

Q Đập tràn Q Đập tràn

Dạng khoang tràn: chữ nhật; tam giác; nửa hình tròn…

Vị trí: vuông góc dòng chảy; chéo góc; bên bờ; vành khăn…

2 0

Bằng cách áp dụng pt cân bằng năng lượng => cơng thức tính lưu lượng

qua đập tràn thành mỏng mặt cắt

hình chữ nhật như sau:

2 / 3

db g H C Q

Vì Q tỷ lệ với b nên =1 => 3 T 1 LL LT 2

2 / 3

H g Cb Q

2 / 3 H g mb

4.2 Đập tràn thành mỏng

2

1 P H H 55 , 0 1 H 003 , 0 405 , 0 m

khi 0,2m < b <2m; 0,24m < P1 < 1,13m và 0,05m < H < 1,24 m

Badanh

1

P H 054 , 0 402 , 0 m

2

1

P H H B b 55 , 0 1 B b B 03 , 0 H 003 , 0 405 , 0 m

Badanh

0

m

2 / 3

P1 DÒNG CHẢY QUA ĐẬP TRÀN (4/5)

4.3 Đập tràn mc thực dụng

° Điều kiện chảy ngập:

pg H

P z P z P h

P1 DÒNG CHẢY QUA ĐẬP TRÀN (4/5)

° m – Hệ số lưu lượng (0.30 – 0.50)

° n – Hệ số ngập ( PL 4.2 )

° – Hệ số co hẹp bên

2 / 3

2.01

Trạng thái chảy tự do

Trạng thái chảy ngập

H hd c 1 m m

m 1c là hệ số lưu lượng tiêu chuẩn, cho đập tràn loại Creager m 1c =0,48 0,5, đập tràn

da giác m 1c =0,3 0,45 ( PLục 4.3 )

hd là hệ số điều chỉnh do thay đổi hình dạng đập so với tiêu chuẩn ( PL ục 4.5)

H là hệ số hiệu chỉnh do cột nước tràn H khác với cột nước thiết kế

=1 (ko cĩ mố bên & mt)

2 / 3 H

2 0 1

71

4.4 Đập tràn đỉnh rộng

4.12.185

.070.00

n

cr n

H0

1

1 0

Điều kiện chảy ngập

72

4.4 Đập tràn đỉnh rộng

4.4.2 Cơng thức tính lưu lượng

° Trạng thái chảy tự do

Viết phương trình năng lượng cho

2 mặt cắt 0-0 và 1-1

f 2 2

0

g V h g V H H

g V h

2 f

) h H ( g ) h H ( g 1

) h H ( g A

Tổn thất cột nước do ma sát (f: friction)

Đưa về dạng cho đập tràn thành mỏng:

) h H ( g bh

Khi cửa đập HCN:

2 / 3 o o

H ) H h 1 ( g H h b Q

đặt k=h/Ho và m k ( 1 k ) Q mb g H 3 / 2

hệ số lưu lượng, PL 4.6

Biết m và => k 1 và k 2 và được tra theoPL 4.7

H0

h 1

1 0

0

o o