Bài giảng Thủy lực 2 - Chương 4: Dòng chảy ổn định qua công trình - Nguyễn Thị Bảy

Nội dung text: Bài giảng Thủy lực 2 - Chương 4: Dòng chảy ổn định qua công trình - Nguyễn Thị Bảy

1. TS. Nguyễn Thị Bảy - ĐHBK tp HCM -Bài Giảng Thủy Lực CHƯƠNG 4 Dòng chảy qua các công trình Thay đổi đột ngột → dòng chảy không đều biến đổi gấp Đập tràn Cống DÒNG CHẢY QUA CÔNG TRÌNH 1
2. TS. Nguyễn Thị Bảy - ĐHBK tp HCM -Bài Giảng Thủy Lực 3 2 Tính Q qua đậptrànm/cthựcdụng Qmb2gH=σn0 ε∑ z H hng σn : hệ số chảy ngập σn =f(hn/H0) (PL 4.2) σn =1 nếu chảy tự do P 1 P h m : Hệ số lưu lượng; m = mtc σH σhd h - Đập tràn Creager mtc = 0,48 ÷ 0,5 Đậptrànđagiácm = 0,3 ÷ 0,45 (PL.4.3) H tc tk O σH : Hệ số hiệu chỉnh do cột nước H khác với Htk. α σH=f(H/Htk, α) (PL.4.4) σ P hd : Hệ số hiệu chỉnh do hình dạng đập thay đổi. 1 e a P σhd= f(e/P1, α, β) (PL.4.5) β ε : Hệ số co hẹp. ξ+(n −ξ 1) H ∑ ε=10,2 − mb mt 0 b : Tổng chiều rộng tràn nước nb ξmb: Hệ số co hẹp do mố bên (phụ thuộc hình dạng mố) ξmt: Hệ số co hẹp do mố trụ (phu thuộc hình dạng mố) n: Số nhịp đập ξ = 1 ξ = 0,7 mb mb ξmt = 0,8 ξmt = 0,45 ξmt = 0,25 Ví dụ 1: Đập tràn thực dụng n = 10, b = 10m, cao trình mực nước thiết kế ở thượng lưu Ztk=20m. Lưu lượng thiết kế Qtk = 1580m3/s. Đập chặn ngang sông có bề rộng sông B = 160m, mực nước hạ lưu Zh=14m, cao trình đáy sông là Zds=6m. các mố trụ và mố bên tròn như hình vẽ. Góc vát ở đỉnh đập: α = 45o a) Xác định cao trình đỉnh đập (Zđ) b) Sau khi thiết kế, nếu mực nước thượng lưu Zt=23m và Zh=18,4m. Xác định lưu lượng chảy qua đập. 20m Zđ 14m 10m 10m 6m 6m DÒNG CHẢY QUA CÔNG TRÌNH 3
3. TS. Nguyễn Thị Bảy - ĐHBK tp HCM -Bài Giảng Thủy Lực 3. Đập tràn đỉnh rộng δ ảnh hưởng rất nhiều đến lưu lượng chảy qua đập 1 2 ¾Đập có thể có ngưỡng P1 ≠ 0, P ≠ 0 H h hn ¾Đập có thể không ngưỡng P1 = P = 0 VD: 2 ƒdòng chảy qua cống, Ngưỡng δ Ngưỡng hh P ƒ dòng chảy qua trụ cầu 1 P (bị biến đổi theo chiều ngang) 1 Điều kiện chảy ngập qua đập tràn đỉnh rộng Mực nước hạ lưu hh cao hơn đỉnh đập và thỏa điều kiện ngập: hh > P , cộng với một trong hai đk sau ⎛⎞⎛⎞hhng ng ⎛⎞⎛⎞hhng ng ⎜⎟⎜⎟>=÷0,7 0,85 hay ⎜⎟⎜⎟>=÷1, 2 1,4 HH hh ⎝⎠⎝⎠00pg ⎝⎠⎝⎠cr cr pg Tính Q qua đập tràn đỉnh rộng ¾Trường hợp chảy không ngập: 2 2 2 Vo V V Q = ϕbh 2g(H 0 − h) H0 = H + αo = h + α + ξ Khi cửa 2g 2g ∑ 2g h h 3 đập hình 2 1 = ϕb 1 − 2gH 0 ⇒ V = 2g()H 0 − h = ϕ 2g()H 0 − h chữ nhật: H 0 H 0 α + ξ ∑ ⇒ 3 3 2 2 = ϕ(k 1 − k )b 2gH 0 = mb 2gH 0 ⇒ Q = ϕA 2g()H 0 − h m: hệ số lưu lượng tính theo thực nghiệm của Cu-min -PL.(4.6): m = ϕ(k 1 − k ) ϕ : hệ số lưu tốc ứng với lúc chảy không ngập - PL.(4.7) ¾Trường hợp chảy ngập chứng minh tương tự như trường hợp chảy không ngập, ta có: Trường hợp cửa Q = ϕnbh 2g(Ho − h) Q = ϕn A 2g(H o − h) đập hình chữ nhật ⇒ ≈ ϕnbhn 2g(Ho − hn ) ϕn : hệ số lưu tốc ứng với lúc chảy ngập - PL.(4.7) Ví dụ: đập tràn đỉnh rộng có ngưỡng tròn, cao P1=P=0,5m, tường cánh hình chóp, rộng b=3m. Cột nước tràn H=2,4m. Kênh thượng lưu rộng 5m. Tính lưu lượng chảy qua đập trong hai trường hợp: a. Độ sâu kênh hạ lưu hh=2m. b. Độ sâu kênh hạ lưu hh=2,75m Giải: Theo PL.4.6, ngưỡng tròn ⇒ m=0,35. a. hn=2-0,5=1,5m ⇒ hn H0 = ()1,5 2,4 = 0,625 < 0,7 ⇒ Chảy không ngập 3 2 ⇒ Q = mb 2gH 0 3 2 3 Tính gần đúng lần thứ nhất: H0=H=2,4m ⇒ Q = 0,35.3 2.9,81(2,4) = 17,3m / s Q Q 17,3 V = = = =1,2m/ s o A B(H+ P) 5(2,4+ 0,5) V2 1,22 H = H + α o = 2,4 + = 2,47m 0 o 2g 2.9,81 Tính lại lần 2 ta được: Q=18m3/s DÒNG CHẢY QUA CÔNG TRÌNH 5
4. TS. Nguyễn Thị Bảy - ĐHBK tp HCM -Bài Giảng Thủy Lực 1b. Cống lộ thiên chảy ngập: V2 V2 V 2 c c 0 H 0 = hng + α + ∑ ξ 0 2g 2g 2g 1 ⇒ Vc = 2g()H 0 − hng = ϕ 2g()H 0 − hng α + ∑ ξ H H0 ⇒ Q = ϕAc 2g(H0 − hng ) c Đ / v Kênh chữ nhật: a hh hng Qcnh = ϕbhc 2g(H0 − hng ) 0 c Qcnh = ϕbεa 2g(H0 − hng ) Chảy ngập 2. Cống ngầm 2a. Chảy không áp ⇒ tính như đập tràn đỉnh rộng Chảy xiết và nối tiếp với Chảy xiết đường Chảy xiết đường hạ lưu bằng nước nhảy xa nước dâng nước hạ hoặc nước nhảy ngập K K K K K K N N i > icr i <icr i < icr 2b. Chảy bánáp⇒tính như cốnglộ thiên Chảy xiết đường nước dâng: Chảy xiết và nối tiếp bằng nước nhảy : K K K K 2c. Chảy có áp ⇒ tính như đường ống Mực nước hạ lưu thấp hơn đỉnh cống, Mực nước thượng, hạ lưu cao hơn đỉnh cống 2 nhưng nước nhảy cao hơn đỉnh cống V 0 2 g 0 z z0 z 1 H H0 D D/2 hh 0 1 2 αVc ⇒ Q = ϕ A 2gz H0 − hh = (α + Σξc ) c c 0 2g 1 1 1 1 ϕ c = = L 8g L ⇒Vc = 2g(H0 −hh) = 2gz0 α + ξ v + λ α + ξ v + 2 α+Σξc α+Σξc D C 4 R DÒNG CHẢY QUA CÔNG TRÌNH 7
5. TS. Nguyễn Thị Bảy - ĐHBK tp HCM -Bài Giảng Thủy Lực b) Giải: Khi hh=2,5 m>hc” thì chế độ chảy là chảy ngập: Lần 1: V=0; h =h =2.5m ⇒ ng h Q = ϕ bh c 2 g (H 0 − h ng ) = 24 .76 Lần 2: Tính V0=0.62m/s; hcr=0.86m; hc’’= 1.36m Htk Chân không DÒNG CHẢY QUA CÔNG TRÌNH 9
6. TS. Nguyễn Thị Bảy - ĐHBK tp HCM -Bài Giảng Thủy Lực Phụ lục 4.3: Hệ số lưu lượng của đập thực dụng mặt cắt hình thang Độ dốc Hệ số lưu lượng Độ cao Tương đối Mái Mái hạ P/H thượng lưu S' H/δ >2 1 < H/δ < 2 0,5 <H/δ < 1 lưu S 3 ÷ 5 0,5 0,5 0,43 ÷ 0,42 0,40 ÷ 0,38 0,36 ÷ 0,35 1 0 0,44 0,42 0,40 2 ÷ 3 2 0 0,43 0,41 0,39 0 1 0,42 0,40 0,38 0 2 0,40 0,38 0,36 3 0 0,42 0,40 0,38 4 0 0,41 0,39 0,37 5 0 0,40 0,38 0,36 1 ÷ 2 10 0 0,38 0,36 0,35 0 3 0,39 0,37 0,35 0 5 0,37 0,35 0,34 0 10 0,35 0,34 0,33 Phụ lục 4.4: Hệ số sửa chữa do cột nước σH α0 H/Htk 15 30 45 60 75 90 0,20 0,897 0,886 0,875 0,864 0,853 0,842 0,4 0,934 0,928 0,921 0,914 0,907 0,900 0,6 0,961 0,957 0,957 0,949 0,945 0,940 0,8 0,982 0,980 0,978 0,977 0,975 0,973 1,2 1,016 1,017 1,019 1,020 1,022 1,024 1,4 1,029 1,032 1,036 1.039 1,042 1,045 1,6 1,042 1,048 1,051 1,055 1,060 1,064 1,8 1,054 1,059 1,065 1,071 1,076 1,032 2,0 1,64 1,071 1,078 1,085 1,092 1,099 DÒNG CHẢY QUA CÔNG TRÌNH 11
7. TS. Nguyễn Thị Bảy - ĐHBK tp HCM -Bài Giảng Thủy Lực Phụ lục 4.8: Hệ số co hẹp ε a/H ε a/H ε 0,0 0,611 0,40 0,630 0,1 0,615 0,45 0,638 0,15 0,618 0,50 0,645 0,20 0,620 0,55 0,650 0,25 0,622 0,60 0,660 0,30 0,625 0,65 0,675 0,35 0,628 0,70 0,690 - - 0,75 0,705 DÒNG CHẢY QUA CÔNG TRÌNH 13