intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE

Dòng chảy không gian không ổn định trong hệ thống kênh dẫn hở của trạm thủy điện

Chia sẻ: Tinh Thuong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

113
lượt xem
1
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết "Dòng chảy không gian không ổn định trong hệ thống kênh dẫn hở của trạm thủy điện" giới thiệu đến các bạn những nội dung về tính toán thủy lực cho đường dẫn ống không áp của trạm thủy điện nhỏ, hệ phương trình cơ bản. Hy vọng đây là tài liệu tham khảo hữu ích cho các bạn.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Dòng chảy không gian không ổn định trong hệ thống kênh dẫn hở của trạm thủy điện

Dßng ch¶y kh«ng gian kh«ng æn ®Þnh<br /> trong hÖ thèng kªnh dÉn hë cña tr¹m thuû ®iÖn<br /> <br /> <br /> <br /> GS. TS. Hoµng T­ An, KS. NguyÔn V¨n S¬n<br /> Bé m«n Thuû Lùc - §¹i häc Thuû lîi<br /> <br /> <br /> Trong bµi nµy ®· më réng hÖ ph­¬ng tr×nh Saint-Venant cña dßng ch¶y mét chiÒu b»ng c¸ch bæ<br /> sung thªm gia tèc do dßng ch¶y phô g©y ra theo ph­¬ng dßng ch¶y chÝnh.<br /> ThuËt to¸n ®Ó gi¶i ph­¬ng tr×nh ®· cã gièng nh­ thuËt to¸n trong m« h×nh VRSAP. Ch­¬ng<br /> tr×nh tÝnh ®· ®­îc øng dông ®Ó gi¶i bµi to¸n Thuû lùc trªn hÖ thèng kªnh dÉn n­íc vµo tr¹m Thuû ®iÖn<br /> Méc Ch©u<br /> 1. §Æt vÊn ®Ò.<br /> Dßng ch¶y kh«ng gian lµ thuËt ng÷ chØ dßng ch¶y mét chiÒu cã l­u l­îng phô thay ®æi däc theo<br /> chiÒu dßng chÝnh [1]. Khi chuyÓn ®éng lµ æn ®Þnh, trong thuû lùc th­êng gäi lµ dßng ch¶y biÕn<br /> l­îng [3]. VÝ dô, dßng ch¶y qua trµn bªn c¸c kªnh dÉn vµo tr¹m Thuû ®iÖn, dßng ch¶y trµn bê c¸c<br /> kªnh tiªu n­íc, m¸ng trµn ngang, v .v.... Dßng ch¶y kh«ng gian gåm mét dßng chÝnh cã l­u l­îng<br /> Q, vµ mét dßng phô co l­u l­îng Qf ch¶y vµo hoÆc ra däc theo dßng chÝnh. Bµi to¸n kh«ng gian æn<br /> ®Þnh ®· ®­îc mét vµi t¸c gi¶ nghiªn cøu [1, 3]. Tuy vËy, bµi to¸n kh«ng gian kh«ng æn ®Þnh h·y cßn<br /> lµ bµi to¸n ch­a ®­îc nghiªn cøu nhiÒu, v× dßng phô kh«ng chØ thay ®æi theo chiÒu dßng chÝnh mµ<br /> cßn thay ®æi theo thêi gian.<br /> Trong bµi nµy sÏ tr×nh bµy mét bµi to¸n cô thÓ lµ hÖ thèng kªnh dÉn hë cña tr¹m thuû ®iÖn kiÓu<br /> ®­êng dÉn bao gåm hå chøa, trµn x¶ lò, kªnh dÉn vµ ®­êng trµn sù cè trªn kªnh. §Æt mét bµi to¸n<br /> nh­ thÕ cho phÐp t×m lêi gi¶i chung cho toµn hÖ thèng dÉn n­íc nhê mét hÖ ph­¬ng tr×nh vi ph©n,<br /> kh«ng ph¶i tÝnh to¸n riªng biÖt tõng bé phËn cña hÖ thèng.<br /> 2. HÖ ph­¬ng tr×nh c¬ b¶n.<br /> Ph­¬ng tr×nh c¬ b¶n cña dßng ch¶y biÕn l­îng ®­îc c¸c t¸c gi¶ x©y dùng theo m« h×nh bã dßng<br /> nguyªn tè. Trong bµi nµy, hÖ ph­¬ng tr×nh c¬ b¶n cña dßng kh«ng gian kh«ng æn ®Þnh ®­îc suy ra<br /> b»ng c¸ch tÝch ph©n trùc tiÕp hÖ ph­¬ng tr×nh Reynolds [2]. Lùc khèi l­îng bao gåm träng lùc, lùc<br /> qu¸n tÝnh do dßng phô g©y ra. Gia tèc cña dßng phô theo ph­¬ng dßng chÝnh t×m ®­îc nhê ®Þnh luËt<br /> b¶o toµn ®éng l­îng.<br /> T¹i thêi ®iÓm t, khèi l­îng dßng ch¶y lµ Q l­u tèc lµ  . T¹i thêi ®iÓm t +  t, khèi l­îng<br /> dßng ch¶y phô lµ Q f vµ dßng phô cã l­u tèc chiÕu lªn ph­¬ng x lµ  fx , l­u tèc dßng ch¶y<br /> <br /> chÝnh sÏ lµ    * .<br /> Theo nguyªn lý b¶o toµn ®éng l­îng, bá qua c¸c sè h¹ng bËc cao:<br /> <br /> Q *   (   fx )Q f  0 (1)<br /> <br /> Do ®ã, gia tèc do dßng ch¶y phô g©y ra kÕt hîp víi dßng ch¶y chÝnh lµ:<br /> <br /> d *    fx dQ f<br /> ax   (2)<br /> dt Q dt<br />  fx dQ<br /> §Æt n vµ triÓn khai ®¹o hµm theo c¸c biÕn t vµ x, ta cã:<br />  dt<br /> 1  n Q f 1  n Q f<br /> ax     (3)<br />  t Q x<br /> HÖ ph­¬ng tr×nh vi ph©n c¬ b¶n Saint Venant cã d¹ng:<br /> <br /> Q z<br />  B  q ( x, t )<br /> x t<br />  0 Q (1  n) Q f  0QB z Q Q z<br />   2<br />  2<br />  (1  Fr ) <br /> g t g t g t g x x (4)<br /> Q 2 (1  n) Q f<br />   '  Q J 0<br /> g 3 g 2 x<br /> <br /> L­u l­îng Qf ®­îc tÝnh to¸n tuú thuéc c«ng tr×nh cô thÓ nh­ ®Ëp trµn bªn, hay dong gia<br /> nhËp, .vv.... C¸c ký hiÖu kh¸c nh­ th­êng gÆp trong Thuû lùc. Khi kh«ng cã dßng ch¶y phô, hÖ<br /> ph­¬ng tr×nh (2) trë thµnh hÖ Saint Venant th«ng th­êng cña dßng mét chiÒu. NÕu bá qua ®¹o hµm<br /> theo t, hÖ (4) sÏ gÇn gièng víi hÖ ph­¬ng tr×nh quen biÕt cña dßng biÕn l­îng æn ®Þnh qua m¸ng<br /> trµn ngang cña hå chøa n­íc [3].<br /> Sai ph©n ho¸ hÖ (4), theo s¬ ®å 4 ®iÓn h×nh ch÷ nhËt, cã thÓ ®­a vÒ hÖ ®¹i sè sau ®©y ®èi víi mçi<br /> ®o¹n kªnh dÉn, t­¬ng tù nh­ trong m« h×nh VRSAP [4].<br /> <br /> Qd   A1 zd  B1 zc  C1<br /> (5)<br /> Qc  A2 z d  B2 zc  C2<br /> Trong ®ã chØ sè “d” vµ “c” chØ c¸c ®¹i l­îng Q vµ Z ë ®Çu vµ cuèi ®o¹n kªnh, c¸c hÖ sè A, B, C<br /> t×m ®­îc tõ ph­¬ng tr×nh sai ph©n cña (4), vµ phô thuéc vao c¸c ®¹i l­îng Q’®, Q’c, Z’®, Z’c vµ Qf ë<br /> thêi ®iÓm ®Çu thêi ®o¹n tÝnh to¸n t .<br /> Khi ph©n tÝch ®Þnh tÝnh mét c¸ch s¬ l­îc hÖ (4), cã thÓ thÊy r»ng, ®­êng mÆt n­íc trong ®o¹n<br /> kªnh cã dßng ch¶y phô, khi Fr < 1 kh«ng hoµn toµn gièng nh­ trong dßng æn ®Þnh [3].<br /> 3. TÝnh to¸n Thuû lùc cho ®­êng dÉn kh«ng ¸p cña tr¹m thuû ®iÖn nhá.<br /> Tr¹m thuû ®iÖn nhá th«ng th­êng kh«ng cã ®iÒu tiÕt ngµy ®ªm theo biÓu ®å phô t¶i. Trong tÝnh<br /> to¸n hiÖn nay, hÖ thèng dÉn n­íc kh«ng ¸p (kªnh, hå chøa) th­êng ®­îc ®Æt trong chÕ ®é æn ®Þnh.<br /> Muèn thÕ, c¸c c«ng tr×nh ®iÒu tiÕt ë trªn kªnh vµ hå ph¶i ho¹t ®éng tèt vµ tin cËy. Thùc tÕ, nh÷ng ®iÒu<br /> kiÖn ®ã lu«n lu«n bÞ ph¸ vì, ngay c¶ trong chÕ ®é lµm viÖc b×nh th­êng cña tr¹m. Ch­¬ng tr×nh Thuû<br /> lùc ®­îc ®Æt ra trªn c¬ së hÖ ®¹i sè (5) cã thÓ gi¶i quyÕt ®­îc nh÷ng bµi to¸n ®Æt ra cho thiÕt kÕ, qu¶n lý<br /> vµ khai th¸c.<br /> §iÒu kiÖn biªn trªn lµ l­u l­îng ®Õn ë hå chøa, ®iÒu kiÖn biªn d­íi ë cuèi kªnh (cöa vµo<br /> ®­êng dÉn cã ¸p) lµ Q(t) nÕu tho¶ m·n bÊt ®¼ng thøc:<br /> <br />  <br /> 2<br /> q 0 2 i 0 7 1 <br />  C<br />  0  (1  )<br /> t 3 0  12  0  (6)<br /> 1<br />  2 <br /> hoÆc lµ Z(t) hay Z = Z[Q(t)] khi (6) kh«ng tho¶ m·n; trong ®ã, chØ sè “0” dung ®Ó gäi c¸c ®¹i<br /> <br /> l­îng ë thêi ®iÓm ban ®Çu,  = b/h0 , C0 = gh0 ,  0 =  0 - C0<br /> BiÓu thøc (6) ®­îc t¸c gi¶ thiÕt lËp theo ý t­ëng cña P. Forcheimer [5] .<br /> Ch­¬ng tr×nh tÝnh Thuû lùc lµ sù më réng ch­¬ng tr×nh VRSAP cña phã gi¸o s­ tiÕn sÜ NguyÔn<br /> Nh­ Khuª, ®· ®­îc khai th¸c ®Ó tÝnh to¸n cho nhiÒu hÖ thèng Thñy lîi ë n­íc ta, trong ®ã kªnh dÉn hë<br /> cã tr¹m Méc Ch©u, c«ng suÊt 1180 KW.<br /> §©y lµ vÝ dô thö nghiÖm nh»m t×m kiÕm mét ph­¬ng ph¸p tÝnh thuû lùc cho hÖ thèng dÉn n­íc<br /> kiÓu kªnh hë cña c¸c tr¹m thuû ®iÖn nhá ë n­íc ta.<br /> Kªnh dÉn tr¹m Thuû ®iÖn Méc ch©u dµi 1970m, b = 3m, ®é dèc i = 1 - 6. 10-4, l­u l­îng tr¹m lµ<br /> 7,1 m3/s, l­u l­îng ®Çu kªnh 12 m3/s, hå chøa cã dung tÝch h÷u Ých lµ 15.103 m3, trµn x¶ lò réng 30 m,<br /> hai trµn sù cè ®Æt ë ®Çu kªnh vµ ë kho¶ng gi÷a kªnh, mèi trµn réng 25m. Khi cã sù cè, thêi gian ®ãng<br /> më tua bin lµ 5s. KÕt qu¶ tÝnh to¸n cho ta thÊy:<br /> a. Khi më tua - bin tõ Q = 0 ®Õn Q = 7,2 m3/s, mùc n­íc ë cuèi kªnh sÏ æn ®Þnh ë Z = 3,22 m; Khi<br /> ®ãng tua - bin tõ Q = 7,2 m3/s xuèng 0, mùc n­íc ë cuèi kªnh æn ®Þnh ë Z = 3,73 m.<br /> b. C¸c ®Æc tr­ng Thuû lùc cña qu¸ tr×nh truyÒn sãng trªn kªnh khi ®ãng hoÆc më tua - bin ®­îc m«<br /> t¶ ®óng ®¾n. §Çu tiªn, mùc n­íc thay ®æi t­¬ng ®èi ®ét ngét, sau ®ã thay ®æi tõ tõ ®Õn khi æn<br /> ®Þnh. Trong [6] cã h­íng dÉn c¸ch tÝnh to¸n mùc n­íc lín nhÊt vµ nhá nhÊt ë cuèi kªnh dÉn khi<br /> ®ãng më tua - bin tøc thêi vµ hoµn toµn. §­êng mÆt n­íc trong kªnh khi cã sãng ®i qua lµ n»m<br /> ngang, ®Çu sãng th¼ng ®øng trong suèt qu¸ tr×nh truyÒn sãng. ®iÒu ®ã kh«ng ®óng cho kªnh dÉn<br /> tr¹m thuû ®iÖn nhá. H¬n n÷a, trong [6] còng kh«ng h­íng dÉn c¸ch x¸c ®Þnh ®­êng mÆt n­íc mét<br /> c¸ch tæng hîp d­íi t¸c dông cña ®iÒu kiÖn biªn vµ ban ®Çu còng nh­ ¶nh h­ëng cña c«ng tr×nh<br /> trµn bªn vµ hå chøa. Víi tr¹m thuû ®iÖn Méc ch©u, kÕt qu¶ tÝnh to¸n theo [6] cho mùc n­íc lín<br /> nhÊt t¹i cöa vµo ®­êng èng cã ¸p cao h¬n tÝnh to¸n 20 cm, vµ cho mùc n­íc thÊp nhÊt thÊp h¬n<br /> kÕt qu¶ tÝnh to¸n 15 cm.<br /> <br /> <br /> Tµi liÖu tham kh¶o<br /> 1. V. T. Chou - Thuû lùc kªnh hë (tiÕng Nga). M. 1969<br /> 2. Hoµng T­ An- Thuû lùc C«ng tr×nh - Bµi gi¶ng Cao häc Thuû lîi. Hµ néi 2003.<br /> 3. P. G. Kisilev - Sæ tay Thuû lùc (TiÕng ViÖt), M. 1985<br /> 4. NguyÔn Nh­ Khuª: Nghiªn cøu triÓn khai tÝnh to¸n Thuû lùc dßng kh«ng æn ®Þnh trªn nh÷ng<br /> hÖ thèng s«ng n­íc ViÖt nam. LuËn ¸n PTS KHKT, Hµ néi 1985.<br /> 5. Forchheimer P. Hyd’raulic (B¶n dÞch b»ng tiÕng Nga), M. 1935<br /> 6. Bé Thuû lîi – H­íng dÉn tÝnh to¸n Thuû lùc kªnh dÉn nhµ m¸y Thuû ®iÖn, HD- TL- C1- 75,<br /> Hµ néi 1975.<br /> <br /> <br /> SUMMARY<br /> <br /> An unsteady- surface flow in open channel systems for hydraulic power plant.<br /> In the paper, expantiated Saint- Venant Equations and program -VRSAP, used in<br /> hydraulic computation of open channel system for Moc Chau hydraulic power plant.<br />
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2