Bai toan kenh

XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NHÁM 1/2 3.1 Trường hợp mặt cắt kênh đơn giản ° Phương pháp SCS soil Conversation Service Method: ước định hệ số n bằng cách chọn hệ số n cơ bản cho con kênh trong trường

TRONG KÊNH

1 Các khái niệm.

2 Dòng chảy đều trong kênh hở.

3 Dòng chảy đều khơng áp trong ống (kênh kín)

1 CÁC KHÁI NIỆM

° Dòng chảy trong kênh hở: là dòng chảy 1 chiều có mặt thoáng (áp suất trên

đó có thể bằng hoặc khác áp suất không khí trời)

° Các thông số:

° h – độ sâu

° i – độ dốc đáy (i=sin  )

° Phân biệt:

° nhỏ - kênh

° lớn - dốc nước

° Độ đốc nhỏ

=> Mặt cắt ướt tính toán = mặt cắt ngang thẳng đứng

° Trang thái chảy:

° Chảy tầng (ReR < 575)

° Chảy rối

° Dòng chảy đều: là dòng chảy mà các đặc trưng của nó (vận tốc, độ sâu,

diện tích mặt cắt ngang…) không đổi dọc theo dòng chảy.





h



i

P

P E E

Q

g

V 22



2 TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY ĐỀU TRONG KÊNH HỞ

2.1 Công thức Chezy

° Tính toán dòng chảy trong kênh, người ta thường dùng công thức Chezy:

Hay

° Các thông số:

° S, R – Diện tích mặt cắt ướt và BKTL

° C – Số Chezy

° Hệ số mái dốc m=cotg

° Công thức Manning

2.2 Các bài toán cơ bản (xét kênh hình thang)

° Phân tích:

° Số ptrình: 1 (cthức Chezy)

° Số thông số: 6 (b, h, m, n, i, Q)

Ri C

V 

6 1

1 R / n

C 

i K Ri

SC

 Cho 5 thông số, hỏi thông số còn lại (hoặc hỏi 2 thông số thì phải cho thêm 1 điều kiện nữa)

h b

m





Mơ đun lưu lượng



g

C  8

(Cơng thức Darcy)

n: hệ số nhám

4

b

m



2

S R

P



S: diện tích mặt cắt ướt

P: chu vi ướt

R: bán kính thủy lực

Mặt cắt hình thang cân

2 TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY ĐỀU TRONG KÊNH HỞ

a Bài toán 1

° Bài toán: Cho b, h, m, n Biết i hỏi Q (hoặc biết Q hỏi i)

° Thuật giải:

° Tính S, P  R

° Tính C  K

° Tính

b Bài toán 2

° Bài toán: Cho m, n, i và Q Biết b hỏi h (hoặc biết h hỏi b)

° Thuật giải: ppháp gần đúng, chẳng hạn ppháp đồ thị

° Tính module lưu lượng của kênh

° Cho h vài giá trị, tính module lưu lượng tương ứng K(h)

° Vẽ đồ thị K = f(h)

° Dùng đồ thị xác định h sao cho K(h) = KC.

c Bài toán 3

° Bài toán: Cho m, n, i và Q Hỏi b và h, biết thêm  (=b/h) hoặc V

° Thuật giải: cũng dùng ppháp gần đúng, chẳng hạn ppháp đồ thị

i K

Q  hoặc i Q2 K2

i Q

K C 

3 XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NHÁM (1/2)

3.1 Trường hợp mặt cắt kênh đơn giản

° Phương pháp SCS (soil Conversation Service Method): ước định hệ số n

bằng cách chọn hệ số n cơ bản cho con kênh trong trường hợp tiêu chuẩn Sau đó tùy theo điều kiện thực tế mà hiệu chỉnh hệ số n bằng cách cộng

hoặc nhân với các số hiệu chỉnh

° Phương pháp dùng bảng: hệ số n cho những kênh thường gặp được xác định

theo kinh nghiệm hoặc thực nghiệm và lập thành bảng để tra cứu

° Phương pháp dùng hình ảnh: từ những con kênh thực tế người ta đo đạc và

xác định hệ số n, sau đó chụp ảnh và sắp xếp thành từng loại Khi tính toán dựa vào các hình ảnh các kênh có sẵn n và ước định hệ số nhám n.

° Phương pháp công thức thực nghiệm:

3 XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NHÁM (2/2)

3.2 Trường hợp mặt cắt kênh phức tạp

° Mcắt ướt của kênh được chia ra thành nhiều phần đơn giản và hệ số nhám

ne của toàn bộ mặt cắt được tính từ hệ số nhám của các phần

° Một số công thức:

3 2

1

2 3

























 



P

n

P n

N

i i i e





 N

i i

i i e

n

R P

PR n

1

3 5

3 5

2 1

1 2

























 



P

n

P n

N

i i i e

A 1

A 2

A 3

n 1 , P 1

n 2 , P 2

n 3 , P 3

A

A

n n

N

i i i e





 1

4 MẶT CẮT LỢI NHẤT VỀ MẶT THỦY LỰC (1/1)

° Định nghĩa: Trong tất cả các loại mặt cắt, mặt cắt nào dẫn được lưu lượng lớn nhất trong cùng một điều kiện (độ dốc đáy kênh, độ nhám kênh, diện tích mặt cắt ướt như nhau) thì được gọi là mặt cắt lợi nhất về mặt thủy lực Nĩi cách khác, đĩ là mặt cắt cĩ diện tích nhỏ nhất để cho chảy

qua một lưu lượng định sẵn khi độ dốc đáy

kênh, độ nhám kênh đều đã cho trước

° Bài toán xác định mặt cắt lợi nhất về mặt

thủy lực một cách tổng quát cho mọi dạng

mặt cắt là rất khó và không thực tế

° Xét trường hợp mặt cắt hình thang Diễn

biến một số thông số của mặt cắt theo bề

rộng tương đối  cho trên hình

° Mặt cắt ứng với H là lợi nhất về mặt thủy lực

° Tại H















































0 0

H

H

d dP d dA













A, P

P

V

=b/h

H



DÒNG CHẢY ĐỀU KHÔNG ÁP TRONG ỐNG (KÊNH KÍN)

Ngoài dòng chảy đều trong kênh hở, trong thực tế còn gặp loại chảy đều

không áp trong các ống kín, chẳng hạn dòng chảy trong cống ngầm thoát nước

ở thành phố, trong các đường hầm xuyên qua núi… Tùy theo yêu cầu sử dụng

mà có nhiều kiểu mặt cắt khác nhau.

Việc tính toán thủy lực cho các mặt cắt này, cũng dưạ trên các công thức sau:

Mô đun lưu tốc:

Ri C

V 

i K Ri

SC

Q  

R C

DÒNG CHẢY ĐỀU KHÔNG ÁP TRONG ỐNG

Tuy nhiên, đối với bài toán này, việc tính mô đun lưu lượng K và mô đun lưu tốc W khá phức tạp vì diện tích ướt và chu vi ướt là những hàm số phức tạp của độ sâu h Do đó, người ta xây dựng những bảng, đồ thị cho K và W

Gọi chiều cao mặt cắt ống là H, độ sâu nước trong ống là h, tỉ số

được gọi là độ đầy

1) Các bảng cho: trị số K0 , W0 (mô đun lưu lượng, mô đun lưu tốc) của

ống ứng với lúc chảy đầy ống (a=1)

2) Các đồ thị biểu diễn 2 quan hệ sau:

Trong đó: K và W là mô đun lưu lượng và mô đun lưu tốc của ống ứng với

độ đầy a bất kì.

H

h

a 

) (

) (

2 0

1 0

a f

W

W

B

a

f K

K A









DÒNG CHẢY ĐỀU KHÔNG ÁP TRONG ỐNG

Dạng 1: Cho H,h,i Xác định Q,V?

Step 1: (H,h) =>a

Step 2: a =>A,B

Step 3: H => K0, W0

Step 4: K0 , W0 =>Q, V

i B W i

W V

i A K i

K Q

0

0









DÒNG CHẢY ĐỀU KHÔNG ÁP TRONG ỐNG

Dạng 2: Cho Q (V), H,i Xác định độ ngập h?

Step 1: H =>K0 , (W0)

Step 2: Q, (V), K0 , W0 , i =>A, (B)

Step 3: A, (B) =>a

Step 4: a =>h=a.H

B i

B W i

W V

A i

A K i

K Q













0 0

DÒNG CHẢY ĐỀU KHÔNG ÁP TRONG ỐNG

Dạng 3: Cho Q (V), H,h Xác định i ?

Step 1 : h, H => a, W0 , K0

Step 2: a => A,B ( đồ thị ).

Step 3: Q, V, A, B

B W

V A

K

Q i

i B W i

W V

i A K i

K Q

2 2 0

2

2 2 0

2

0 0















16

Bài 1:Cho mặt cắt kênh dẫn hình thang với độ rộng đáy kênh b= 10m, độ dốc mái kênh m= 1 , độ dốc đáy i= 0,0001 , độ nhám thành kênh n= 0,02, lưu lượng tháo Q= 20 m3/s Xác định độ sâu

h của mặt cắt kênh dẫn? (2)

Bài 2: Cho mặt cắt kênh dẫn hình thang với b= 10m, h= 3,5m, m= 1,25, i= 0,0002, n= 0,025 Xác định lưu lượng Q và lưu tốc

Vtb của dòng trong kênh dẫn ( Áp dụng cho trường hợp hệ số Chezy C được xác định theo công thức thực nghiệm Maning ).

Bài 3:

Xác định kích thước (b,h) của kênh hình thang biết Q=12 m3/s, m= 1,25; n= 0,0225; i= 0,0004 Tỉ số b/h= 4 (3)

Bài 4: Tính các kích thước (b, h) của kênh hình thang để chuyển

lưu lượng và lưu tốc V với:

Q= 5 m3/s;V=0,8 m/s; m=1,5; n= 0,0225; i= 0,0004 (3)

Bài 5: Kênh mặt cắt hình thang có b=10m, h=2m, m=1, n=0,02,

i=0,0001 Hỏi Q=? V=? (1)

Bài 6: Xác định kích thước (b,h) của kênh mặt cắt hình chữ nhật,

hệ số nhám Manning n=0,02, i=0,0004, Q=100 m3 /s, v=1m/s

Bài 7: Tính kích thước b và h của kênh mặt cắt hình thang sao

cho lợi nhất về mặt thủy lực biết m=1, i=0,0001, n=0,025,

Q= 60 m3 /s

Bài 8: Xác định lưu lượng Q và lưu tốc trung bình V trong

đường hầm dẫn nước hình tròn có đường kính d=3m, độ sâu

nước h=2.1m, hệ số nhám n=0,013, độ dốc đáy kênh i=0,0009

Bài 9: Một ống thoát nước bằng bê tông (n=0,013) hình quả

trứng có độ dốc i=0,0004 , chiều cao H=2,1m Tìm chiều sâu

nước h trong ống , nếu lưu lượng Q=1,8 m3 /s

Bài 10: Ống thoát nước hình tròn có n=0,013,

H=d=2,1m, l=1000m, Q=1,5 m3 /s Tìm độ dốc i và tổn thất cột nước trên đoạn ống này

Bài 11: Xác định đường kính của ống tròn bằng bê tông cốt thép

sao cho biết Q=3 m3 /s, i=0,004, n=0,013

Bài 12:

Một ống thoát nước hình tròn có n= 0,02 có độ dốc i= 0,0004, H= 2,3m Tìm chiều sâu nước trong ống nếu Q= 2m3/s.

Bài 13: Một ống thoát nước hình quả trứng có n= 0,013 có độ

dốc i= 0,0004, H= 2,5m Tìm chiều sâu nước trong ống nếu Q= 3m3/s.

0, 6

h a H

0,8

h a H