de cuong CTT khoa truoc môn Thủy lực

- Theo độ ngập sâu của cửa vào so với mực nớc thợng lu có các công trình tháo nớc trên mặt, tháo nớc dới sâu.. - Tràn ngang: dạng này đợc TK theo nguyên lý dòng biến lợng tiết diện và lu

Phần I: Những vấn đề chung Câu I.1.Phân loại công trình tháo nớc

a/Theo nhiệm vụ công trình tháo nớc đợc chia làm 2 loại chính

-Công trình dùng để tháo lu lợng không dùng đến trong thời gian hồ đầy đến mực nớc tính toán hoặc kết hợp tháo vật nổi về hạ lu gọi là công trình tháo lũ

-Công trình dùng để tháo hoàn toàn hoặc một phần hồ chứa để quan sát và sửa chữa các công trình nằm ở thợng lu hoặc nạo vét một phần bùn cát của hồvà cấp nớc cần thiết cho hạ lu công trình gọi là công trình tháo nớc

b/ Theo vị trí công trình tháo nớc đợc chia làm 2 nhóm.

- Công trình xả lũ ở thân đập nh đập bê tông, BTCT, đập đất, đập đá thờng là các đập tràn trọng lực

- Công trình xả lũ ở ngoài thân đập, các CT loại này thờng đặt ở bên bờ tại các trình tơng đối cao, các bộ phận nối tiếp đơn giản, tuyến xả nớc thờng dài ta gọi là

đờng tràn

c/Theo các điều kiện thuỷ lực CT tháo nớc đợc chia ra theo các tiêu chuẩn sau.

- Theo độ ngập sâu của cửa vào so với mực nớc thợng lu có các công trình tháo nớc trên mặt, tháo nớc dới sâu

- Căn cứ theo cột nớc tác dụng có cột nớc thấp, trung bình, và cột nớc cao

- Theo phơng pháp điều tiết l lợng có CT có cửa van và không có cửa van

- Theo chế độ dòng chảy CT tháo, có loại có áp và không áp

Câu I.2.Một số dạng cụ thể của công trình tháo lũ.

Gồm có đập tràn, tràn dọc, tràn ngang, xi phông và giếng

- Đập tràn : dạng này đợc bố trí tại tuyến chính của đập nói chung nằm xen kẹp

giữa các phần của đập dâng, có u điểm dễ bố trí cùng các hạng mục khác để tạo thành cụm tập trung song có nhợc điểm là các bộ phận nối tiếp phức tạp, dễ gây mất an toàn cho các hạng mục khác khi nó làm việc, thờng đợc áp dụng cho các CT có mặt bằng tuyến đập hẹp địa hình thay đổi chậm

- Tràn dọc:dạng này có tuyến nằm tách biệt với tuyến của đập dâng, tách rời khỏi

các hạng mục có liên quan khác, có u điểm là các bộ phận nối tiếp rất đơn giản , độ

an toàn cao đối các hạng mục khác nếu tràn dọc xảy ra sự cố, Nhợc điểm là có đ-ờng tràn dài KL thđ-ờng lớn và quản lý vận hành không tập trung nếu tuyến tràn nằm

ở quá xa, thờng áp dụng ở các CT có khe phụ hoặc do địa hình bị chia cắt tạo thành

- Tràn ngang: dạng này đợc TK theo nguyên lý dòng biến lợng tiết diện và lu lợng tại

mặt cắt sau cùng là lớn nhất và mặt cắt đầu tiên là bé nhất, đợc bố trí cùng tuyến hoặc khác tuyến với đập dâng, u điểm là tận đợc khả năng làm việc tối đa của tràn giá thành thờng thấp song chỉ áp dụng cho CT có lu lợng tháo vừa phải mặt bằng tuyến hẹp và cột nớc tràn thấp

- Xi phông tháo lũ: Dạng này làm việc theo nguyên lý tự động, khi mực nớc dâng

cao dần cha ngập lỗ thông khí dòng chảy qua ngỡng là dòng chảy không áp, khi mực nớc tiếp tục dâng cao dòng chảy cuốn dần không khí ra khỏi XP, diện tích nớc chiếm chỗ tăng dần lên, khi lỗ thoát khí bị ngập, áp suất trong ống XP giảm dần

đồng thời vận tốc tăng dần khi mực nớc chảy đầy tiết diện, XP bắt đầu làm việc

XP đợc bố trí tại vùng có lu lợng lũ khá tập trung và mực nớc lũ lên nhanh, khả năng thoát của lòng dẫn hạ lu lớn, u điểm là chế độ làm việc với các cấp lu lợng tong đối

ổn định, nhợc điểm là thi công phức tạp dễ gây tiếng ồn và rung động trong khi làm việc

- Giếng tháo lũ: Dạng này gồm ngỡng tàn trên mặt bằng là một đờng tròn khép kín

hoặc 1 phần đờng tròn tiếp đến là giếng thẳng đứng hoặc xiên và đờng hầm dẫn nớc có áp hoặc không có áp, dòng chảy trong giếng có thể có áp hoặc rơi tự do, Giếng tháo lũ đợc áp dụng tại những CT có địa hình hiểm trở, địa chất tốt lòng dẫn hạ lu dốc, thoát lũ nhanh, u điểm là khả năng tháo lớn dễ vận hành, nhợc điểm

là chế độ làm việc hay chuyển đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác

Câu I.3 Tính toán khả năng tháo của đập tràn, ống có áp

a/ Đập tràn.

- Tràn tự do công thức tính.

0

.

2 H g mb

Q 

m: Hệ số lu lợng phụ thuộc vào hình dạng mặt cắt đập b: Bề rộng tràn

g: Gia tốc trọng trờng

H0: Cột nớc tràn có kể l tốc tới gần

- Tràn đỉnh rộng thì:

2 / 3 0

.

2 H g mb

Q  n

n

 Là hệ ngập

- Tràn có cửa van:

)

2 2 / 3

h CL

L: là chiều rộng khoang tràn

C: là hệ số, C=m 2 g

m: là hệ số lu lợng qua cửa

h1: là chiều cao cột nớc thợng lu tính từ ngỡng tràn

h2: là chiều cao cột nớc thợng lu tính đến mép dới cửa van,

h2=h1-a a: là độ mở cửa van

b.ống có áp

- Tháo kiểu giếng : khi dòng chảy qua ngỡng cha bị ngập thì lu lợng qua ngỡng ở

cửa vào tính theo công thức:

2 / 3 0

0( 2 R n s ) 2 g H m

Q    

m0: là hệ số lu lợng phụ thuộc vào tỷ số P/R, H/R

n0: là số trụ pin

s: là chiều rộng của trụ pin

: là hệ số co hẹp bên

R: là bán kính giếng

H: là chiều cao cột nớc trên miệng giếng

+ Khi H/ R>1,6 phễu bị ngập nhiều lu lợng lúc này tính theo

) (

w

: là hệ lu lợng phụ thuộc vào tổn thất từ cửa vào đến cửa ra

w: là diện tích mặt cắt cửa ra z: là chênh lệch từ đỉnh ngỡng tràn đến mặt nớc ở cửa ra

- Tháo qua Xiphông:

0

2gH

w

Q  

w: là diện tích mặt cắt cửa ra z: là chênh lệch từ đỉnh ngỡng tràn đến mặt nớc ở cửa ra

H0: là chênh lệch mực nớc từ cửa vào đến cửa ra có kể lu tốc tới gần

c/ Các nhân tố ảnh hởng đến khả năng tháo của đập tràn.

- Tràn không có cửa van.

+ Hình dạng mặt cắt tràn: ảnh hởng của cột nớc vận tốc, ảnh hởng của mái hạ lu,

ảnh hởng cuả bán kính cong ở đỉnh

+ hệ số lu lợng: Các nhân tố ảnh hởng tới hệ số lu lợng Creager là ảnh huởng của h/htc , của hình dạng đập, tổ hợp ảnh hởng của h/htk và hình dạng đập với hiện tợng trộn khí, ảnh hởng của chân không, ảnh hởng của tuyến đập trên mặt bằng

- Tràn có cửa van:

+ ảnh hởng của vị trí cửa van và hệ số lu lợng qua đỉnh tràn có cửa van

Câu.I.4 Các Phơng pháp nghiên cứu Thuỷ lực công trình :

Có hai phơng pháp nghiên cứu các bài toán thuỷ lực công trình:

- Thí nghiệm trên mô tình tơng tự thờng gọi là trên mô hình vật lý hoặc quan sát

trên công trình thực tế

- Nghiên cứu các tính toán theo mô hình toán: phơng pháp giải tích và phơng

pháp số

Đối với các nghiên cứu trên mô hình toán đã giảm bớt các chi phí cho các thí nghiệm trên mô hình vật lý Tuy vây nhng vói công trình tháo có nhiều hiện tợng thuỷ lực

mà mô hình toán không thể mô phỏng đợc Để nghiên cứu các bài toán thuỷ lực công trình mang hiệu quả cao thì nên kết hợp giữa phân tích trên mô hình toán với thí nghiệm mô hình vật lý

Câu.I.6 Đặc điểm tính toán khảnăng tháo qua đập tràn và công trình lấy nớc kiểu kín:

- Khả năng tháo nớc của công trình phụ thuộc vào kích thớc, hình dạng vị trí của cửa tháo, đồng thời phụ thuộc vào động thái và trạng thái của dòng chảy

- Đại lợng đặc trng cho khả năng tháo nớc là lu lợng tháo tháo qua công trình

- Theo hệ quả của PT Becnuli viết cho dòng chảy lý tởng Q=fA,h) Q= A.(h)0.5

- Đối với dòng chảy thực ngời ta đa thêm hệ số m chuyển đổi từ khí th lý t-ởng sang khí thực Q=f(m,A,h) hay Q=A.(h)0.5

- Để tính chính xác đợc khả năng tháo của công trình ta nghiên cứu những ảnh h-ởng đến khả năng tháo phản ánh qua độ lớn của hệ số lu lợng

* Với tháo nớc đập tràn:

Các nhân tố ảnh h ởng tới khả năng tháo của qua đập tràn không cửa van:

+ Hình dạng mặt đập tràn:

n

x k H

y

) (

1

 phơng trình mô tả hình dạng mặt tràn với các loại phơng trình mô tả khác nhau cho ta khả năng tháo của đập là khác nhau

mo= 0.33-:0.44, (phụ thuộc m1,m2) (0.333<mo<0.38 phụ tthuộc c,H,P)

mo=0.55-0.57 mo=0.49

mo=0.48

C

Những nhân tố ảnh hởng đến hình dạng của đập

- ảnh hởng của cột nớc và vận tốc

- ảnh hởng của máI thợng lu

- ảnh hởng của bán kính cong ở đỉnh

+ Các nhân tố nahr hởng đến hệ số lu lợng:

- ảnh hởng của h/htk, h≠htk thì m≠mo Tuỳ thuộc vào quan điểm và các tác giả

cho các công thức khác nhau

- ảnh hởng cuả hình dạng đập

- ảnh hởng của h/htk và hình dạng đập với hiện tợng trộn khí

- ảnh hởng của chân không, sự xuất hiện áp lực chân không ở lân cận đỉnh đập

ảnh hởng nhiều đến khả năng tháo

- ảnh hởng của tuyến trên mặt bằng làm ảnh hởng do sự co hẹp ngang

ví dụ : Q  mb 2 H g 03/2 với các hệ số mo khác nhau với các dạng mặt tràn khác nhau cho ta mo=0.3-:-554

Với đập tràn có cửa van:

)

2 2 / 3

h CL

Q   , L chiều rộng cửa tràn C  m 2 g theo thực nghiệm phơng tây

ảnh hởng hình thức bố trí cửa van , hình thức cửa vào nên hệ số lu lợng khác so với

đập tràn không cửa van

* Với tháo nớc kiểu giếng:

2 / 3 0

0( 2 R n S ) 2 g H m

Q    

m phụ thuộc vào tỷ số P/R,H/R

no : số trụ pin, s: chiều rộng trụ pin, hệ số co hẹp bên =0.9, nếu không có trụ pin lấy =1

Khi H/R tăng lên, dòng chảy qua ngỡng tiến tới dòng chảy ngập Giới hạn ngập đang

đợc quan tâm nghiên cứu.Đối với các tác giả khác nhau cho ta các giá trị khác nhau

về tiêu chuẩn ngập

H/R <0.46 dòng chảy qua ngỡng là chảy tự do, 0.46<H/R<1 chảy ngập giảm khả năng tháo, nếu =1ngỡng tràn hoàn toàn chảy ngập H/R=1-:-1.6 tiến tới dòng chảy qua lỗ H/R>1.6 gần đúng phếu bị ngập nhiều , lúc này lu lợng tinhd theo công thức

) (

Q   là hệ số lu lợng phụ thuộc vào tổng tổn thất từ cửa vào đến

của ra,z là chênh lệch cột nớc từ đỉnh ngỡng dến mặt nớc cửa ra,w diện tíc mặt cắt cửa ra

* Đối với xi phông tháo lũ :

Xi phông tháo lũ làm việc theo nguyên lý tự động Khi mực nớc dâng cao cha ngập lỗ thông khí dòng chảy qua ngỡng là dòng chảy không áp Khi mực nớc dang cao hơn dòng chảy cuốn không khí ra khỏi xi phông, diện tích nớc choán chỗ tăng dần lên lỗ thông khí bị ngập, áp suất trong xi phông giảm đồng thời vận tốc tăng dần lên Khi nớc chảy đầy tiết diện, xi phông bắt đầu làm việc, Lu lợng qua Xiphông đợc tính bằng công thức : Q   2gH0 với







i



 1

1

, ilà tổng hệ số tổn

thất từ mặt cắt cửa vào đến cửa ra thờng 

g

v H H

2

2 0





lệch mực nớc cửa vào và cửa ra, V0 Lu tốc tới gần, w diện tích mặt cắt cửa ra Xi phông thờng làm việc ổn định trong phạp vi lu lợng biến đổi từ Q=0.25Qmax-:-Qmax

Phễu thoát n ớ c

Giếng đứng

Đoạn chuyển tiếp

ống nối

D

Hầm thoát n ớ c

Giếng tháo l ũ

A

Xi phông l ũ

Mũi

Phần ii : khí thực Câu II 1: Khí hoá: Nêu hiện tợng, điều kiện phát sinh, các giai đoạn phát triển và ảnh hởng của từng giai đoạn đến khả năng xâm thực thành lòng dẫn.

- Đĩnh nghĩa: Khí hoá là hiện tợng xẩy ra trong chất lỏng khi áp lực trong đó giảm

đến một giới hạn làm mát đi tính toàn khối của chất lỏng đó

- Hiện tợng: Khi áp suất trong chất lỏng giảm ( p<pPG) sẽ hình thành các bọt khí và hơi, từ đó dẫn đến mất dần tính liên tục của chất lỏng

Khi khí hoá tiếp tục phát triển, các bọt hơi hình thành tập trung trong một phạm vi nhất định gọi là đuốc khí với chiều dài đặc trung là Lđ ( Hình vẽ)

Điều kịên để phát sinh khí hoá: Để đánh giá hiệt tợng này nguời ta dùng chỉ số ppg ( Ppg phụ thuộc vào to): P<Ppg

Trong đó: P: áp lực tuyệt đối tại điểm xét

Ppg: Trị số áp lực tuyệt đối giới hạn mà ứng với nó chất lỏng bắt đầu khí hoá Trị số Ppg phụ thuộc vào chất lỏng và nhiệt độ môi trờng

Trong thuỷ lực ngời ta biểu diễn áp suất theo cột nứơc:

H= p/

Hpg = Ppg/

Trong đó:  trọng lợng riêng của nớc

H1, Hpg: Trị số cột nớc áp suất tuyệt đối

Điều kiện trên tơng đơng với :

HHpg

H= Ha + hd

Ha:: Cột nớc áp lực khí trời phụ thuộc vào cao độ điểm xét

hd : Cột nớc áp lực d

Khi tại điểm xét có chân không thì cột nớc áp lực d có trị số âm

Trong thực tế, việc sử dụng trị số H hay P để xác định hiện tợng khí hoá trong dòng chảy có gặp khó khăn do trị số của P hoặc H mang tính chất cục bộ và tức thời Vì vậy để tiện sử dịng ngời ta dùng hệ số khí hoá để xác định:

g V

H H

2 /

2





- Các giai đoạn phát triển của khí hoá:

Khi KKpg: Bắt dầu có khí hoá

 = K/Kpg

* Giai đoạn bắt đầu: 0,70.8<<1: Khí hoá chỉ lờ mờ ở khoảng rất nhỏ, và khả năng phá hoại rất nhỏ

* Giai đoạn khí hoá mạnh: (0,10.2)<<1(0.70.8):Khả năng xâm thực cao

* Giai đoạn siêu khí hoá:  < 1(0.20.1): Khả năng xâm thực yếu theo thuyết phá huỷ do cơ học, các bọt khí có cơ hội phá vỡ

Câu II.2 Khí thực: Nêu điều kiện hình thành, phân tích nguyên nhân và các dạng khí thực điển hình ở công trình tháo nớc.

- Điều kiện hình thành: Khi khí hoá đủ mạnh và duy trì ở một thời gian nhất

định thì sẽ dẫn đến làm bong tróc vật liệu, phá huỷ thành rắn

- Quá trình tạo nên khí thực: Các bọt khí đợc hình thành trong khu hạ áp sẽ đợc

dòng chảy cuốn theo, đến khu vực có áp lực cao hơn chúng sẽ bị nổ tung Nếu sự

nổ xẩy ra dồn dập ở gần thành rắn thì sẽ tạo ra một xung lực lớn và lặp lại nhiều lần làm cho vật liệu thành rắn bị phá hoại ( hình vẽ)

- Cơ chế phát sinh khí thực: Phụ thuộc rất nhiều yếu tố nh vật liệu, môi trờng

nhiệt độ, áp suất các nghiên cứu đã chỉ ra tồn tại một số yếu tố có khả năng gây

ra khí thực nh: Tác động cơ học, ăn mòn , điện hoá học và tác dụng nhiệt

* Giả thiết về sự phá hoại do cơ học: Bọt khí đợc mang đến từ vùng có áp suất cao

và đến lúc nào đó sẽ nổ gây ra tác động xung lực vào thành rắn nếu bọt khí

nổ dồn dập và liên tục sẽ làm cho vật liệu mỏi qây ra hiện tợng bong rời

Tác động cơ học đóng vai trò chủ yếu trong quá trình khí thực

* Giả thiết về sự phá hoại do ăn mòn hoá học: Sự ăn mòn hoá học đóng via trò quan trọng trong quá trình xâm thực vật liệu: Khí thực và ăn mòn hoá học có vai trò xúc tác, gia cờng lẫn nhau làm cho quá trình phá huỷ vật liệu diễn ra mạnh hơn Tuy nhiên, lý thuyết ăn mòn hoá học không giải thích đợc các hiện tợng đã xẩy ra

* Giả thiết về sự ăn mòn do điện hoá học: Trong miền khí thực có phát sáng Hiện t-ợng này đợc giải thích: Trong môi trờng có hoạt tính cao, khí thực có thể yếu đi

đáng kể do áp dụng lớp bảo vệ âm cực.( tạo các pin nhỏ và ăn mòn dần catốt.)

* Giả thiết về sự phá hoại do hiệu ứng nhiệt: Khi các bọt khí chứa một luợng đáng kể các chất khí thì nhiệt độ của chúng ở cuối vụ nổ sẽ tăng lên rất cao, do đó các khí nóng tiếp xúc bề mặt vật liệu sẽ bị đốt nóng nó đến điểm nóng chảy hoặc chí

ít cũng đến nhiệt độ mà độ bền của vật liệu bị giảm dẫn tới phá hoại chúng Tuy nhiên không có một cơ sở thực nghiệm nào chứng minh đợc rằng sự nén đoạn nhiệt của các bọt khí lại có thể làm tăng cao nhịêt độ đến mức nóng chảy đợc các vật liệu nh bê tông, đá mà chính các vật liệu này lại bị xâm thực trong điều kiện l u tốc chảy bao không lớn lắm

- Các dạng khí thực điển hình ở công trình tháo nớc:

* Công trình tháo có áp: ( Xi phông, cống dới sâu, đờng hầm):

Hiện tợng khí thực thờng xuất hiện ở: cửa vào, chỗ uốn cong, chỗ nhập dòng hay tách dòng

* Các buồng van và cửa van: Tại những chỗ này thờng có sự biến đổi đột ngột ở các khe van, mặt trụ pin sau khe van, bậc thụt, bậc lồi , Tịa những chỗ này nếu không làm theo dạng phòng khí thực cũng sẽ bị phá hoại ngay cả khi lu tốc không lớn lắm

* Các mặt tràn và dốc n ớc: Khí thực thờng xẩy ra ở vùng bê tông ở vùng giao nhau của luồng tràn mặt và xả đáy Tại các chỗ nối cốt pha cũng hình thành chân không và gây ra hiện tợng khí thực Hoặc là trong quá trình thi công để lại trên bề mặt sự

gồ ghề cục bộ cũng dẫn đến hiện tợng sinh khí thực

* Các mố tiêu năng, mố phân dòng: Trong nhiều công trình thuỷ lợi đã diễn ra rự cố

và thạm chí phá huỷ hoàn toàn các mốtiêu năng ở hạ lu Vì vậy trong nhièu trờng hợp

để bảo vệ chúng ngời ta phải tạo ra các mố có hình dạng đặc biệt cùng với việc sử dụng các vật liệu có độ bền khí thực cao

Câu II.3.Dự báo sự bắt đầu khí hoá? Nêu nguyên tắc chung, cách xác định trị số K và K pg cho các bộ phận khác nhau của công trình tháo.

Để phát hiện ra hiện tợng khí hoá và giới hạn nó ở giai đoạn đầu thì ta cần có sự dự báo các hiện tợng khí hoá Thờng sử dụng hệ số khí hoá K và Kpg cho từng loại bộ phận công trình khác

Nguyên tắc chung để kiểm tra: K  Kpg Hiện tợng khí hoá xẩy ra

g V

H H

2 /

2





Kpg: Phụ thuộc vào đặc trng hình học của vật chảy bao và đợc xác địng bằng mô hình thí nghiệm

* Cửa vào ống xả sâu:

- Xác định K:

HĐT= Z+Ha

vĐT=vT

vT là lu tốc bình quân ở ngay mặt cắt sau cửa vào

Z là chênh lệch cao độ mực nớc thợng lu và cao độ trần cống tháo ngay sau cửa vào

- Xác định Kpg

Theo kết quả thực nghiệm mô hình thuỷ lực

Kpg=Cpmax

Ngoài ra Cpmax= Cpmax+ max

Cpmax là hệ số giảm áp lực lớn nhất ở cửa vào

max

p

C tơng ứng là trị số trùng bình thời gian

max là hệ số mạch động áp lực lớn

max=K0.

 là tiêu chuẩn mạch động áp lực

Khi thiết kế cửa vào theo điều kiện không cho phép phát sinh khí thực có thể lấy

Ko =4

So sánh K và Kpg

* Các mố tiêu năng, các t ờng và mố phân dòng

Các mố tiêu năng, tờng và mố phân dòng đợc bố trí hạ lu công trình xả nớc để cải thiện tiêu năng và phân tán dòng chảy trên mặt bằng Điều kiện chảy bao của các

bộ phận này thờng là không thuận lợi và do đó khi lu tốc lớn thì thờng xuất hiện khí thực

Kiểm tra khí hoá :

-Xác định K:

HĐT= Ha+h

vĐT=vC

Trong đó

h là độ sâu tính từ đỉnh mố hay chính là chiều cao cột nớc trên mố

Có thể lấy gần đúng h=hh-hm

hm chiều cao mố

vC là lu tốc tại mặt cắt co hẹp

- Xác định Kpg: Tra bảng hoặc đồ thị

- ảnh hởng của nớc nhảy ngập đến trị số Kpg ntrong phạm vi =1-1,5 gần đúng cod

thể đánh giá theo công thức của Rôzanốp N.P

- (Kpg)=Kpg-  (-1)

- Trong đó: (Kpg) là hệ số khí hoá phân giới ứng với độ ngập 

-  là hệ số thực nghiệm

- Mố hình vuông =0,70

- Mố quân cờ hình thoi =0,52

- Mố hình tháp =0,64

- * Các mấu gồ ghề trên bề mặt CTX

- - Các dạng mấu gồ ghề đặc trng

- - Xác định lu tôc đặc trng

- + Phân đoạn dòng chảy để tính lu tốc sát thành vST

- Đoạn I : là đoạn đầu là đoạn phức tạp nhất và do đó cần đến thí nghiệm nhiều

nhất coi vĐT gần bằng lu tốc trung bình mặt cắt hoặc gần bằng lu tốc bình quân cục bộ ở gần thành không kể đến lớp biên

- Đoạn II: đối với mỗi dòng chảy theo chiều dài xác định đợc chiều dày lớp biên , vĐT

xác định nh là lu tốc ở cao độ đỉnh mấu gồ ghề

- Đoạn III: có các thông số thuỷ lực ổnđịnh Cách tính vĐT giống ở đoạn II

- * Các bộ phận buồng cửa van

Khi dự báo bắt đầu khí hoá trên các bộ phận của buồng cửa van thờng phải giải quyết 5 bài toán sau:

- Xác định sự bắt đầu khí hoá trên các mấu gồ ghề bề mặt buồng và cửa van

- Xác định sự bắt đầu khí hoá trên các khe, cửa vào giếng van , bậc thụt ở đáy …

khi mở van hoàn toàn

- Xác định sự bắt đầu khí hoá trong buồng van khi van mở một phần

- Xác định sự bắt đầu khí hoá khi nớc chảy qua các thiết bị chống rò

Câu II.4 Trình bày khái niệm lu tốc ngỡng, lu tốc cho phép không xâm thực, cách xác định v CP và độ gồ ghề cục bộ cho phép trên mặt lòng dẫn

Lu tốc ngỡng

Là trị số giới hạn của lu tốc không

gây ra xâm thực vật liệu ngay

cả khi dòng chảy bị khí hóa

Lu tốc ngỡng là trị số của lu tốc

cục bộ của dòng chảy trên bề

mặt vật liệu hay chính xác là

trên đỉnh các mố nhám tự nhiên

hay nhân tạo tồn tại trên bề mặt

vật liệu

Vng phụ thuộc nhiều yếu tố khác

nhau nh: loại vật liệu, hình dáng

vật liệu chảy bao , giai đoạn khí

hoá, độ hàm khí trong nớc S

Lu tốc cho phép không xâm thực:

Là trị số lu tốc trung bình mặt cắt mà ứng với nó khí thực không xảy ra ngay cả khi dòng chảy bị khí hoá lâu dài

Vcp và Vng có quan hệ với nhau thông qua quy luạt phân bố lu tốc trong dòng chảy, quy luật này đến lợt mình lại phụ thuộc vào hình dạng và kích thứoc lòng dẫn hình dạng vật chảy bao đang đợc xem xét

2

1.

.





V ng

CP

V

V 

Từ kết quả vẽ đờng mặt nớc sẽ xác định

đ-ợc VTB,h…

V_, 1, 2 tra Vng tính đợc VCP

So sánh VCP và VTB rút ra kết luận đợc là tại mặt cắt đang xét có bị khí thực hay không, nếu ở đây có tồn tại nếu ở đây tồn tại các gồ ghề cụcbộ

Xác định độ gồ ghề cho phép

Bớc 1 : Vẽ đờng măt nớc từ đó các định các thông số thủy lực tại từng mặt cắt Bớc 2 : Tại mỗi mặt cắt khống chế lu tốc cho phép VCP=VTB, từ các thông số thủy lực trên mặt cắt xác định đợc V,2 từ đó xác định 1

2

2

1

.

.



















CP

ng V

V

V







Bớc 3: Từ biểu đồ quan hệ 1= f(y/)

Xác định đợc y/, từ đó :

Zm=  













 y 1

phần III: tính toán thủy lực điều khiển dòng xiết

Câu III.1: Nêu các đặc điểm của dòng xiết, nhiệm vụ ĐKDX, Phân loại các kết cấu

ĐKDX:

* Đặc điểm của dòng xiết:

Trong dòng chảy chất lỏng không nén đợc, có thể phát sinh nhiễu động của các thông số chuyển động, lan truyền với tốc độ khác tốc độ chuyển động của chất lỏng.

-số Froud):

Khi V>C: Nhiễu truyền theo đờng nhiễu - đờng đi qua nguồn nhiễu và tạo với chiều dòng chảy góc =arcsin(C/V).

Nếu làm lệch hớng dòng chảy bằng tờng dọc thì sẽ phát sinh xung lực và phản xạ của dòng chảy, kéo theo sự tạo thành sóng xiên và nớc nhảy.

(Xem hình vẽ 1a - tờ các hình vẽ)

Sự chảy bao quanh các tờng bẻ ngoặt:

(Xem hình vẽ 1b - tờ các hình vẽ)

Dòng chảy chỉ bị ảnh hởng từ sau tuyến sóng.

* Nhiệm vụ của ĐKDX:

Khi thiết kế các đờng tháo nớc không áp:

- Nhiều khi phải thay đổi tuyến, đổi hớng dòng chảy cho phù hợp với điều kiện địa hình,

địa chất

- Thu hẹp, mở rộng lòng dẫn để giải quyết bài toán kinh tế

- Thay đổi hình dạng mặt cắt

Nhiệm vụ của điều khiển dòng xiết là sử dụng các đoạn lòng dẫn có hình dạng đặc biệt (mở rộng, thu hẹp, ) để làm biến dạng đáng kể dòng xiết theo theo yêu cầu đặt ra cho phù hợp với các điều kiện tại chỗ, loại bỏ hoặc hạn chế các hiện tợng thuỷ lực bất lợi.

* Phân loại các kết cấu ĐKDX:

sóng xiên.

- Kết cấu cho phép xuất hiện sóng xiên nhng với các thông số đã đợc kiểm soát.

b) Theo hình dạng của kết cấu điều khiển:

- KC đáy phẳng: chỉ các thành bên (thẳng, cong) mới đóng vai trò chính.

- KC đáy cong: cong hình trụ hoặc cong 2 chiều.

c) Theo các kết cấu cụ thể:

- Đờng xoắn: lòng dẫn đổi hớng chảy, dẫn dòng chảy nối tiếp với lòng dẫn có các thông số đợc khống chế.

- Mũi phun phát tán: phóng dòng chảy ra xa chân công trình, đồng thời làm biến dạng nó ở mức cao nhất để tiêu hao năng lợng thừa, bảo vệ lòng dẫn và bờ hạ lu.

- Mũi phun xoắn: mở rộng dòng chảy và phóng nó về một bên của trục đờng tháo cho phù hợp với vị trí lòng dẫn hạ lu.

- Các đoạn chuyển tiếp: Nối các phần của dốc nớc có các tham số hình học khác nhau.

Câu III.2: Phân tích sự hình thành sóng xiên:

Xét chuyển động của một dòng xiết dọc một tờng làm thay đổi hớng dòng chảy Trong tr-ờng hợp đơn giản nhất, khi ttr-ờng bẻ ngoặt một góc nhỏ  tại điểm A, tạo nên một sóng có chiều cao nhỏ ở dạng đờng nhiễu:

(Xem hình vẽ 2a, 2b - tờ các hình vẽ)

Sau thời gian t, một phần tử chất lỏng dịch chuyển tà điểm nguồn nhiễu dọc theo tờng đợc một khoảng vt thì sóng nhiễu lan truyền đợc một khoảng cách là ct tính từ tờng, còn đờng nhiễu lập với tờng một góc  Vì sự thay đổi tốc độ v khi làm lệch hớng dòng chảy một góc

 là không lớn nên góc  đợc xác định theo tốc độ ở phía trớc đờng nhiễu:

arcsin





Với trờng hợp hình a):  >0, sau đờng nhiễu mực nớc dâng cao một đoạn 

Với trờng hợp hình b):  <0, sau đờng nhiễu mực nớc hạ thấp

Khi lòng dẫn thu hẹp từ từ hoặc mở rộng sẽ tạo sóng xiên thoải Còn khi tờng bẻ ngoặt vào trong dòng chảy có sóng xiên dốc.

* Các biểu thức tính sóng xiên thoải và sóng xiên dốc:

a) Sóng xiên thoải:

Bỏ qua tổn thất năng lợng trong phạm vi sóng xiên, ta có:

const g

V h

2

Fr 1 h









 



2 Fr h h 2

Fr 1

1 H

h

i

i











 Công thức dùng để xác định độ sâu đoạn chuyển tiếp.

Xem hình vẽ 2c-tờ các hình vẽ

b) Sóng xiên dốc:

Sau khi hình thành , sóng xiên truyền sang bờ đối diện và phản xạ với nó và cứ thế tiến xuôi chiều dòng chảy.

Xem hình vẽ 2d-tờ các hình vẽ

Xuất phát từ phơng trình động lợng và phơng trình liên tục:

Xét phần dòng chảy giữa 2 đờng dòng trên hình vẽ Phơng trình chiếu lên trục x:

2

h gb 2

h gb h

b V cos

h

b

V

2 1 1

2 2 1 1

1

2 1 2

2

2

1

2 2

2 2

2 2

2 1

2 1 2 3 k

gb

b h V g

h V g

q

Thay lên (1) đợc:

2 1 2

1 2

1 3 k 2 1 2 1

h

h 1

sos b

b h

h 1 h ) h h ( h h









của tuyến sóng là S Ta có:

) sin(

sin b

b hay ) sin(

S

b

;

sin

S

b

2

1 2

1





















Hình chiếu của áp lực lên trục song song với tuyến sóng bằng không:

Từ điều kiện liên tục ta có:

) ( tg

tg V

V

2

1



















 tg

) ( tg h

h

2

Từ (c) và (d) ta có:









 cos

) cos(

h

b

h

b

2 2

1 1

(e) Thay (d) và (e) vào (b) ta có:









2

h

2

h

xác định góc ngoặt ở tờng đối diện và lại tìm các thông số chảy qua tuyến mới.

Xác định :













1 sin Fr 8 1 2

1 tg

) (

1

Có , thay vào (d), kết hợp phơng trình liên tục có:

) cos(

cos V

V2 1











Câu hỏi thêm: Các biện pháp công trình loại trừ hoặc hạn chế sóng xiên:

* Đoạn thu hẹp có đáy phẳng: có các dạng sau:

- Tờng bên thẳng

- Tờng bên dạng cong liên hợp: tốt hơn loại trên

- Tờng bên " ít nhiễu": tờng bên đảm bảo một độ nhiễu động nhỏ nhất của mặt nớc, ứng với

lu lợng tính toán Loại này hạn chế đợc sóng xiên tốt nhất

- Phần vào của dốc nớc cũng có thể bố trí thu hẹp dạng rẻ quạt.

* Ngoài ra còn có các kết cấu đáy cong.

Xem hình vẽ 2e-tờ các hình vẽ

Câu III.3: Phơng pháp đờng đặc trng giải bài toán dòng xiết 2 hớng: nguyên lý, các bài toán mẫu

Các bớc tính toán:

- Viết phơng trình chuyển động biến đổi chậm của dòng thế 2 chiều

- Biến đổi đa về 1 phơng trình duy nhất phụ thuộc Vx,Vy, C