Bài giảng Công trình thủy nâng cao: Chương 6 - PGS.TS. Nguyễn Thống

Công trình được bố trí ở vị trí cuối đường dẫn nước (đầu đường ống áp lực).. Nguyễn Thống.[r]

Trang 1

4/26/2016 1

PGS TS NGUYỄN THỐNG

Email: nguyenthong@hcmut.edu.vn or nthong56@yahoo.fr

Web: http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/index

Tél (08) 38 640 979 - 098 99 66 719 4/26/2016 2

NỘI DUNG MƠN HỌC Chương 1: Thấm qua cơng trình

Chương 2: Áp lực khe rỗng

Chương 3: Đập vật liệu địa phương

Chương 3a: Mơ phỏng Monte Carlo áp

dụng trong đánh giá ổn định mái dốc

Chương 4: Đập bê tơng trọng lực Chương 4a: Đập bê tơng đầm lăng (RCC)

PGS Dr Nguy?n Th?ng

NỘI DUNG MƠN HỌC Chương 4b: Bài tốn toả nhiệt 3D

Chương 5: Phân tích ứng suất trong đập

bê tơng khi xảy ra động đất

Chương 6: Đường hầm thủy cơng -

Giếng điều áp

Chương 7: Đường ống áp lực – Nước va

trong đường ống

CơNG TRìNH THủY NâNG CAO

PGS Dr Nguy?n Th?ng

NỘI DUNG THỰC HÀNH

1 Hướng dẫn sử dụng phần mềm tính nước va trong đường ống áp lực

WaterHammer_BK

2 Hướng dẫn sử dụng phần mềm tính khuếch tán nhiệt 3D trong bê tơng thủy cơng

3 Hướng dẫn sử dụng phần mềm mơ phỏng Monte Carlo ứng dụng trong tính

ổn định mái dốc đập vật liệu địa phương

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Thủy công – Tập 1 Trường ĐHXD T/g

Nguyễn Xuân Đặng

2 Cơ học đất – Trường ĐHTL

3 Phần mềm SIGMA

4 Phần mềm SLOPE

5 Phần mềm SEEP

6 Phần mềm Crystal Ball

Tài liệu download tại địa chỉ Web:

Web: http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO

CƠNG TRÌNH ĐIỀU ÁP

1 Tổng quát

2 Hiện tượng dao động mực nước trong cơng trình điều áp (CTĐA)

3 Cấu tạo CTĐA

PGS TS Nguyễn Thống

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Chương 7 : Giếng điều áp

Trang 2

4/26/2016 7

TỔNG QUÁT

SỬ DỤNG PHỔ BIẾN TRONG DỰ

ÁN THỦY ĐIỆN KIỂU ĐƯỜNG

DẪN

 Hiện tượng nước va  Thay đổi

áp suất lớn trong đường dẫn

(đường hầm, đường ống áp lực)

Chöông 7 : Giếng điều áp

TỔNG QUÁT

Mục đích:

- Giảm áp lực nước va trong đường ống áp lực

- Loại bỏ áp lực nước va trong đường hầm

TỔNG QUÁT

 Giếng (tháp) điều áp

 Bể áp lực

Giếng điều áp được sử dụng khi đường dẫn

nước loại có áp (đường hầm)

Bể áp lực được sử dụng khi đường dẫn

nước loại không áp (kênh dẫn)

Công trình được bố trí ở vị trí cuối đường

dẫn nước (đầu đường ống áp lực)

COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO

D=3,5m, L=9065m i=0,0061

Đường hầm

Đường ống AL

COÂNG TRÌNH THUÛY NAÂNG CAO Chöông 7 : Giếng điều áp

Q

CÁC LOẠI GIẾNG ĐIỀU ÁP

Trang 3

4/26/2016 13

ĐƯỜNG CỘT NƯỚC ĐO ÁP H

Q

Q p/γ

p: áp suất nước tại vị trí xét PGS TS Nguyễn Thống

z Mặt chuẩn o- o

H

HIỆN TƯỢNG DAO ĐỘNG MỰC NƯỚC GiẾNG

Hồ chứa

Mực nước tỉnh

Đường hầm s (m2)

Giếng

S (m 2 )

z

t

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

G0 G1

Z(t)

Zmax

NM

L

W (m/s)

V (m/s)

Q

Chú ý :

• s : tiết diện hầm

• S : tiết diện giếng điều áp

• L : chiều dài hầm

• z : mực nước giếng tại thời điểm t Quy

ước chiều dương hướng lên và trên mực

nước tỉnh

• w, v : vận tốc TB trong hầm và giếng tại t

MỤC ĐÍCH TÍNH

1 Xác định kích thước giếng (S)  xác định D nếu nó là giếng hình trụ

2 Xác định mực nước cao nhất trong giếng khi có nước va dương  xác định cao trình miệng giếng  Nước KHÔNG bị tràn ra ngoài

Trang 4

4/26/2016 19

MỤC ĐÍCH TÍNH

3 Xác định mực nước thấp nhất

trong giếng khi có nước va âm

 Cao trình đáy đường hầm

(đáy giếng) tại vị trí giếng điều

áp  Tránh hiện tượng không

khí đi vào đường ống áp lực

KHẢO SÁT DAO ĐỘNG MỰC NƯỚC TRONG GIẾNG KHI CÓ NƯỚC VA

 Sơ đồ lý tưởng

 Sơ đồ thực

SƠ ĐỒ LÝ TƯỞNG (không mất năng lượng)

Giả thiết:

• S hằng số (giếng điều áp hình trụ)

• Thể tích hồ TL là rất lớn (MN không đổi

khi có nước va)

• Bỏ qua tổn thất năng lượng trong đường

hầm và giếng

• Lưu lượng Q0 giảm về 0 (nước va dương)

là tức thì

SƠ ĐỒ LÝ TƯỞNG

Phương trình thiết lập với :

- Luật Newton 2: F=ma

- Luật bảo toàn khối lượng vật chất (phương trình liên tục)

 Khảo sát khối chất lỏng giới hạn bởi G0 và G1(trong đường hầm)

XÁC ĐỊNH TỔNG NGOẠI LỰC TÁC DỤNG LÊN G 0 G 1

Hồ chứa

Mực nước tỉnh

Giếng

S (m 2 )

z

t

G0 G1

z

Zmax

L (H-z)

Q

KHỐI CHẤT LỎNG

XEM XÉT TÍNH F

VỊ TRÍ XÉT PT LIÊN TỤC

H

Phương trình Newton (theo trục đ/hầm) : (1)

Phương trình liên tục : (2)

(w và z là 2 ẩn số)

0









dt

dw g

L dt

dw sL g

zs 



dt

dz S Sv

sw  

F

m

Thể tích nước ra khỏi đường hầm

Thể tích nước vào giếng

Vận tốc TB nước trong hầm

Trang 5

4/26/2016 25

Từ (1) & (2):

Với

Lời giải của phương trình vi phân trên có dạng:

z = Zmsin(  t+  )

Đây là chuyển động điều hoà có biên độ không

đổi Z m và tần số 

0

2 2

2









dt

z d z

dt

z d s

S g

(3)

LS

gs





Chu kỳ :

Xác định biên độ chuyển động Zm sẽ dựa vào nguyên lý sau :

 Thế năng khối chất lỏng (trong giếng)

so với mặt chuẩn bằng động năng của khối chất lỏng trong đường hầm

s

S g

L

T  2 

Q

ĐỘNG NĂNG THẾ NĂNG

W (m/s)

Từ đó:

2 0 2

1 2

g

Z S

S

s g

L w

Zm  0



Thế

XÁC ĐỊNH 

Trong sơ đồ lý tưởng 

Không có mất năng lượng 

Tại t=0, MN giếng = MN tỉnh

 Z =0

Tóm lại: z = Zmsin(  t)

Ví dụ 1 : Cho hệ thống với các thông số : L=10km, s=10m2, S=100m2, w0=2m/s Tính T và biên độ dao động nước trong giếng Zmax Lấy g=10m/s2

Lời giải : T=10’28’’, Zmax=20m.

Trang 6

4/26/2016 31

L=5km, s=15m2, S=250m2, w0=4m/s

số : L=3km, s=12m2, w0=4m/s Tính

D của giếng để biên độ dao động

của nước trong giếng là Zmax=

15m

Hồ chứa

MN tỉnh

Đường hầm

z

x

1

z

Z max

NM

HỆ THỐNG THỰC

• Phương trình động lực: Theo phương X

Fx =max (4)

Với

L chiều dài; s tiết diện hầm γ trọng lượng

đơn vị nước, g gia tốc trọng trường

Fx = Lực tỉnh (F1) + Lực ma sát (F2)

Ls m

g





F 1 =γs(z-dh g -dh v ) : lực thuỷ tỉnh

: mất năng lượng cục bộ giếng

: mất năng do mở rộng đột ngột

: lực tương đương với h *

w

: mất năng tổng trong hầm

g g

V V dh

2g





h h V

V V dh

2g



*

F   sh

*

w L c

h  h  h

Từ đó:

Gọi:

Trong đường hầm:

(Z theo chiều từ trên xuống)

*

L h

*

h  h  dh  dh

h

w h

dV g

z h

dt  L 

PHƯƠNG TRÌNH LIÊN TỤC Nguyên lý bảo toàn khối lượng:

Qtuabin.dt = Vh s.dt + S.dz

đường hầm giếng điều áp

 tuabin h 

dz 1

dt  S 

h h

Q V s

g

Q V S



Lưu lượng vào giếng Lưu lượng

ra hầm

Lưu lượng qua đường ống

áp lực

Trang 7

4/26/2016 37

Giả thiết:

(biên thiên tuyến tính Qtuabin)

Nếu chọn chiều (+) hướng lên, phương

trình (6) là:

Và phương trình (2) sẽ là:

max tuabin max

van

Q

T

h

w h

dV g

z h

dt  L  

 tuabin h 

dz 1

Q V s

dt   S 

Với 2 ẩn số z (mực nước giếng) và Vh (vận tốc dòng chảy trong hầm) sẽ xác định được với 2 phương trình (6)* và (7)*

Tuy vậy vì nó là phi tuyến do đó trong thực

tế thường dùng phương pháp số (ví dụ sai phân hữu hạn) để giải

Điều kiện D Thoma- Jaeger : Đó là điều kiện để

dao động mực nước trong giếng là TẮT DẦN :

• H 0 =H-h 0 : cột nước tác dụng (A 0 B 0 ) h 0 :mật

năng lượng trong hầm

0

0 0

2

) / 482 , 0 1 (

gcH

H z Ls

F

5 , 0

2 / ) /

( L D g et z V Ls gF

(giải lặp !!!!)

Điều kiện D Thoma :

• H 0 : cột nước tác dụng (A 0 B 0 )

• h 0 mất năng lượng trong đường hầm với V h

0 0

2

2 gH h

Ls V F

pg



g V D L

h0  (  /   ). h2/ 2

Bài tập 1 : Tính đường kính tối thiểu của

giếng để dao động mực nước là tắt dần

theo Thoma và theo Thoma-Jaeger

(g=9,81m/s2):

a Vh =4m/s, L=4km, d=4m, H0=200m,

 =0,005,  =0,8

b Vh =3.5m/s, L=8km, d=3m, H0=400m,

 =0,006,  =1,5

(xem Excel  Thoma)

PHƯƠNG PHÁP SAI PHÂN

Định dạng
Số trang	7
Dung lượng	719,05 KB