4/25/2022
1
CBGD: ThS. TRÀ NGUYỄN QUỲNH NGA
BỘ MÔN CƠ LƯU CHẤT
tnqnga@hcmut.edu.vn
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM
Tháng 04 năm 2022
2
CHƯƠNG 6: DÒNG CHẢY ĐỀU TRONG KÊNH HỞ
1. Giới thiệu, phân loại dòng chảy trong kênh hở
2. Đặc tính dòng đều trong kênh
3. Tính toán dòng đều trong kênh hở
4. Mặt cắt kênh lợi nhất về thủy lực
5. Xác định hệ số nhám
Phân biệt dòng chảy trong ống và dòng chảy trong kênh hở??
4/25/2022
2
Chương 6: DÒNG CHẢY ĐỀU TRONG KÊNH HỞtnqnga@hcmut.edu.vn
Dòng chảy trong kênh hở: là dòng chảy 1 chiều có mặt thoáng (áp suất trên mặt thoáng có thể bằng hoặc khác
áp suất khí trời)
Phân loại dòng chảy trong kênh hở:
-Dòng đều (UF: uniform Flow) có độ sâu dòng chảy không biến
đổi dọc theo chiều dài dòng chảy (dh/dL = 0)
-Dòng không đều:
- Biến đổi nhanh (RVF: Rapidly Varying Flow) Độ sâu dòng
chảy biến đổi gấp trong 1 đoạn ngắn (dh/dL~1)
- Biến đổi chậm (GVF- Gradually Varying Flow) độ sâu biến
đổi chậm so với chiều dài dòng chảy (dh/dL <<1)
1. GIỚI THIỆU, PHÂN LOẠI
3
h
i
P
P
E
E
Q
gV 2
2
Với 2 thông số quan trọng:
-độ sâu dòng chảy h
-Độ dốc đáy kênh i
Chương 6: DÒNG CHẢY ĐỀU TRONG KÊNH HỞtnqnga@hcmut.edu.vn
Đaëc tröng thuûy löïc cuûa m/c öôùt:
Đốivới kênh hình thang:
Beà roäng ñaùy keânh : b
Beà roäng maët thoaùng: B
Dieän tích maët caét öôùt: A
Chu vi öôùt: P
Baùn kính thuûy löïc: R = A/P
Heä soá maùi doác: m=cot
Tính chất dòng chảy đều:
- chiều sâu h, diện tích m/c ướt A và biểu đồ phân bố
vận tốc tại các m/c dọc dòng chảy không đổi
- Đường năng, mặt thoáng và đáy kênh // với nhau
Dòng đều không xảy ra trong kênh tự nhiên. Tuy nhiên
nó là khái niệm cơ bản được dùng trong thiết kế kênh.
B
b
h
Điều kiện để xảy ra dòng chảy đều:
- Chảy trong kênh lăng trụ có diện tích mặt cắt ướt
A không đổi dọc kênh
- Độ nhám n không đổi V không đổi
- Chiều dài kênh L khá dài
- Độ dốc không đổi i>0
A
h
L
Aùp löïc
Ñaùy keânh
Maët thoaùng
Ñöôøng naêng
P
12
h
gV 2
2
Loaïi maët caét B A P
b+2mh
h(b+mh)
2
b 2h 1 m
B
bh
b+2h
2mh
mh
2
2
2h 1 m
2 h(D h)
D
( sin )
8
D
2
B
b
h m
m
h

h
D
b
h
Đối với các kênh có dạng mặt cắt khác:
4
2. ĐẶC TÍNH DÒNG ĐỀU TRONG KÊNH HỞ
4/25/2022
3
Chương 6: DÒNG CHẢY ĐỀU TRONG KÊNH HỞtnqnga@hcmut.edu.vn
Viết lại (1):  
Coâng thöùc Manning:
(1889)
1
/
RiCV
Coâng thöùc Chezy (1769)
h
L
12
Ñaùy keânh
Theo Phương x:
sin  sin 
iR
k
V2
1
Hay
2
1
k
C
Vôùi : heä soá Cheùzy
W
W sin Trong đó, trên đoạn L, chu vi ướt P, lực cản FR:
Do chuyển động đều, tổng lực tác động bằng 0:
(1)
Maët thoaùng
2
R
LPkV
F
τ kV
Gọi τlà ứng suất ma sát giữa dòng
chảy và thành kênh (lực cản trên
một đơn vị diện tích):
với k là hằng số
5
3. TÍNH TOÁN DÒNG ĐỀU TRONG KÊNH HỞ
3.1 Công thức Chézy và Manning
với
C
/
Chương 6: DÒNG CHẢY ĐỀU TRONG KÊNH HỞtnqnga@hcmut.edu.vn
6
3. TÍNH TOÁN DÒNG ĐỀU TRONG KÊNH HỞ
3.2 Xác định hệ số nhám
4/25/2022
4
Chương 6: DÒNG CHẢY ĐỀU TRONG KÊNH HỞtnqnga@hcmut.edu.vn
7
3. TÍNH TOÁN DÒNG ĐỀU TRONG KÊNH HỞ
iR
n
1
V
32
iAR
n
1
Q
3
2
32
AR
n
1
K
iKQ
Nhöõng coâng thöùc söû duïng:
Ví duï1: Keânh hình thang ñaùy roäng 3m, maùi doác m=1,5, ñoä doác keânh i = 0,0016, heä soá
nhaùm n = 0,013. Xaùc ñònh löu löôïng chaûy neáu ñoä saâu chaûy ñeàu laø 2,6m.
Giaûi:
TH1: Xác định Q
•Bài toán: Cho b, h, m, n, i. Xác định Q.
•Cách giải: Tính A, P, R =>
/
2
m
18
6
,
2
6
,
2
.
5
,
1
3
h
h
m
b
A
Dieän tiùch öôùt cuûa keânh:
mmhbP 37,125,11.6,2.2312
22
Chu vi öôùt:
m
P
A
R
45
,
1
12
18
Baùn kính thuûy löïc:
1
/
1
0
,
013
18
.
1
,
5
/
0
,
0016
70
,
71
(
)
⁄
Suy ra löu löôïng:
B
b
hm
Ví duï 2: Moät keânh hình thang ñaùy roäng 3m, maùi doác m=1,5,
ñoä doác i=0,0016, heä soá nhaùm n=0,013. Xaùc ñònh ñoä saâu chaûy ñeàu
neáu löu löôïng trong keânh 7,1 m3/s
Giaûi:
Töø phöông trình :
h
h
.
5
,
1
3
h
h
m
b
A
h606,335,11.h.23m1h2bP
22
h
h
h
R606,33
.
5
,
1
3
i
nQ
AR
3/2
Baèng caùch
thöû daàn:
3
/
2
AR
h(m) A(m2) R(m)
1,000 4,500 0,6812 3,484
0,800 3,360 0,5701 2,312
0,799 3,354 0,5704 2,3077
m
779
,
0
h
0
TH2: Xác định h
•Bài toán: Cho m, n, i và Q.
Tìm h
Phöông phaùp thöû daàn:
i
nQ
AR
3/2
°Phöông phaùp veõ ñoà thò:
Cho nhieàu giaù trò h thay ñoåi,
tính caùc giaù trò
3
/
2
AR
Sau ñoù veõ ñöôøng quan heä:
theo h
3
/
2
AR
Xaùc ñònh giaù trò cuûa keânh:
i
nQ
3
/
2
AR
Töø ñöôøng quan heä theo h ñaõ veõ, suy
ra ñöôïc ñoä saâu chaûy ñeàu öùng vôùi giaù trò
cuûa keânh
i
nQ
Chương 6: DÒNG CHẢY ĐỀU TRONG KÊNH HỞtnqnga@hcmut.edu.vn
3075,2
0016,0
1,7.013,0
i
nQ
Vôùi:
8
3. TÍNH TOÁN DÒNG ĐỀU TRONG KÊNH HỞ
Vẽ mối tương quan Q = f(h)
4/25/2022
5
h
r
r
Ví dụ3: Nước được dẫn trong một kênh nửa hình tròn với độ dốc là 10-4. Hệ số nhám n=0,014.
a) Nếu bán kính của kênh là 0,55m thì lưu lượng của kênh là bao nhiêu khi độ sâu nước bằng bán kính.
b) Nếu kênh được thiết kế với mặt cắt hình chữ nhật có cùng bề rộng là 1,1m và cùng lưu lượng thì độ
sâu dòng chảy là bao nhiêu biết độ dốc và hệ số nhám không đổi ?
+,-
+.,//-
= 0,475 m2
P 01
R2
3,
.,//
0,275 m
Vậy Q
-
6
.,.7 8 0,475 8 0,275-
610:7 0,143 (/s

0,014 8 0,143
10:7 0,2 2/3;ℎ′ /
; > 2ℎ′
h’=0,46 m
Chương 6: DÒNG CHẢY ĐỀU TRONG KÊNH HỞtnqnga@hcmut.edu.vn
Ta có:
i = 10-4
n = 0,014
r = h = 0,55 m
Giải:
a)
Diện tích m/c ướt nửa hình tròn:
Chu vi ướt nửa hình tròn:
Bán kính thủy lực:
Ta có:
B=2r = 1,1m
Q = 0,143 m3/s
i = 10-4
n = 0,014
h’
b)
h’(m) A (m2) R (m) AR2/3
0.6 0.66 0.286957 0.287136
0.5 0.55 0.261905 0.225143
0.46 0.506 0.250495 0.201071
0.45 0.495 0.2475 0.195129
0.4 0.44 0.231579 0.165928
i
nQ
AR
3/2
Thửdần h’:
9
3. TÍNH TOÁN DÒNG ĐỀU TRONG KÊNH HỞ
Chương 6: DÒNG CHẢY ĐỀU TRONG KÊNH HỞtnqnga@hcmut.edu.vn
10
3. TÍNH TOÁN DÒNG ĐỀU TRONG KÊNH HỞ
Veõ saün nhöõng ñöôøng quan heä khoâng thöù nguyeân giöõa caùc
modul löu löôïng (module vaän toác) vaø ñoä saâu chaûy ñeàu ,
neáu bieát ñöôïc caùc modul löu löôïng ta coù theå suy ra ñoä
saâu chaûy ñeàu .
D
h
f
K
K
1ng
i
Q
AR
n
1
K
3/2
3/2
ngngng
RA
n
1
K
°Phöông phaùp soá:
Laäp trình ñeå thöû daàn ra ñoä saâu doøng ñeàu. Ví duï:
hmin=0; hmax=100 h0= (hmin+hmax)/2 Tính
3
/
2
AR
i
nQ
So saùnh vôùi
3
/
2
AR
Neáu: =
thì h0laø ñaùp soá
3
/
2
AR
i
nQ
Neáu: <
thì hmin = h0
3
/
2
AR
i
nQ
Neáu: >
thì hmax = h0
3
/
2
AR
i
nQ
°Phöông phaùp duøng bieåu ñoà: :
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2
1.3
P/Png
A/Ang
K/Kng
B/D
V/Vng
R/Rng
h/D
h
nDnDK
ng
383538
311704
///
.
Các bài toán:
Cho h, D, n.
Biết i hỏi Q (hoặc biết Q hỏi i):
h/D => K/Kng => K =>
iKQ