zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Kiến trúc - Xây dựng

Bài giảng Công trình thủy nâng cao: Chương 7 - PGS.TS. Nguyễn Thống

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:16

Báo xấu

29
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Công trình thủy nâng cao - Chương 7: Đường ống áp lực và hiện tượng nước va trong đường ống" cung cấp cho người học các kiến thức tổng quát, hiện tượng nước va trong đường ống áp lực, công trình giảm áp lực nước va. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Công trình thủy nâng cao: Chương 7 - PGS.TS. Nguyễn Thống

10/25/2010 ðẠI HỌC TRƯỜNGCÔNG BÁCH TRÌNH THỦYKHOA NÂNGTP. CAOHCM ðẠI HỌC TRƯỜNGCÔNG BÁCH TRÌNH THỦYKHOA NÂNGTP. CAOHCM Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Khoa Kyõ Thuaät Xaây Döïng – BM. KTTNN Khoa Kyõ Thuaät Xaây Döïng – BM. KTTNN NỘI DUNG MÔN HỌC Chương 1: Thấm qua công trình. Chương 2: Áp lực khe rỗng. Chương 3: ðập vật liệu ñịa phương. Chương 3a: Mô phỏng Monte Carlo áp dụng trong ñánh giá ổn ñịnh PGS. TS. NGUYỄN THỐNG mái dốc. Email: nguyenthong@hcmut.edu.vn or nthong56@yahoo.fr Chương 4: ðập bê tông trọng lực Web: http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong Chương 4a: ðập bê tông ñầm lăng (RCC) 10/25/2010 1 10/25/2010 2 Tél. (08) 38 640 979 - 098 99 66 719 PGS. Dr. Nguy?n Th?ng ðẠI HỌC TRƯỜNGCÔNG BÁCH TRÌNH THỦYKHOA NÂNGTP. CAO HCM CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Khoa Kyõ Thuaät Xaây Döïng – BM. KTTNN NỘI DUNG MÔN HỌC ðƯỜNG ÁP LỰC & Chương 4b: Bài toán toả nhiệt 3D. HIỆN TƯỢNG NƯỚC VA Chương 5: Phân tích ứng suất trong ñập bê tông khi xảy ra ñộng ñất. 1. Tổng quát. Chương 6: ðường hầm thủy công - 2. Hiện tượng nước va trong Giếng ñiều áp. ñường ống áp lực. Chương 7: ðường ống áp lực – Nước va trong ñường ống. 3. Công trình giảm áp lực nước va. 10/25/2010 3 10/25/2010 4 PGS. Dr. Nguy?n Th?ng PGS. TS. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va TỔNG QUÁT PHÂN LOẠI ðường ống áp lực là công trình nối giữa cuối ñường dẫn nước ñến nhà máy. Theo vị trí xây dựng: ðường ống chịu áp lực nước bên trong ðường ống áp lực kiểu hở ñường ống. - CTLN Kênh dẫn Bể áp lực ðường ống áp lực kiểu ðường ống Nha, máy. ngầm - CTLN ðường hầm có áp Giếng ñiều áp (tháp ñiều áp) ðường ống Nha, ðường ống áp lực kiểu hổn máy. 10/25/2010 5 hợp (hở +ngầm) 10/25/2010 6 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 1
10/25/2010 CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va GIẾNG i=0,0061 D=3,5m, L=9065m ðIỀU ÁP NHÀ VAN NHÀ MTð ðường ống áp lực NM LOAL = 1866m Dống chính = 2,6m KÊNH XẢ Dống nhánh = 1,6m 32 10/25/2010 PGS. TS. Nguyễn Thống 7 10/25/2010 ðƯỜNG ỐNG ÁP LỰC NỬA NGẦM PGS. TS. Nguyễn Thống 8 CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va ðƯỜNG ỐNG ÁP LỰC ðập tràn HỞ ðường ống áp lực 10/25/2010 9 10/25/2010 10 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THUỶ NĂNG & THUỶ ðIỆN CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 8: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va THI CÔNG THI CÔNG ðƯỜNG ỐNG ðƯỜNG ỐNG ÁP LỰC ÁP LỰC 10/25/2010 11 10/25/2010 12 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 2
10/25/2010 CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va ðƯỜNG THI CÔNG ỐNG BÊ ðƯỜNG ỐNG TÔNG NGẦM ÁP LỰC e=12mm BỌC 35mm THÉP 10/25/2010 13 10/25/2010 14 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va CHẾ ðỘ THUỶ LỰC KHÔNG ỔN ðỊNH DÒNG CHẢY QUÁ ðỘ Xảy ra khi ðóng (mở) van trên ñường ống vơ;i tô;c ñộ ðường nhanh thay ñổi nhanh ống chóng vận tốc (lưu lượng) trong ống. 10/25/2010 15 10/25/2010 16 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va GiẢI THÍCH HIỆN TƯỢNG Trong trường hợp ñó mỗi ñoạn Mở dòng chảy (vi phân) trong ống chịu van sự thay ñổi áp suất và vận tốc khác ðóng nhau theo từng thời ñiểm hiện van tượng truyền sóng áp lực ñược gọi là « NƯƠC VA ». Xem ñồ thị minh hoạ ở sau: 10/25/2010 17 10/25/2010 SỰ TRUYỀN SÓNG ÁP LỰC 18 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 3
10/25/2010 CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va NƯỚC VA TRONG ðƯỜNG ỐNG TUYỆT ðỐI CỨNG ∆HA THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH BỂ CHỨA B ðường ống NƯỚC VA HA (Ống tuyệt ñối cứng, NƯỚC A không NÉN ñược) α o Mặt chuẩn G o Kênh sau NM HA: cột áp tỉnh (mH2O) ∆HA: gia số áp suất tại A sinh ra do nước va dương 10/25/2010 19 10/25/2010 20 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Phương trình chuyển ñộng theo phương X (lưu ý ρ gLF sin α : hình chiếu lên phương X. chiều dương chọn): Giả thiết không có ma sát giữa chất lỏng và d(mVx ) (1) thành ống. = ∑ Fx A B H = H + L sin α dt m = ρ FL : khối lượng nước trong ñoạn AB. Thay vào p/t trên và thu gọn: F: tiết diện ống dV L dV L dQ ∑ Fx : tổng ngoại lực theo phương X (trục ống). − ρ LF = ρ gF∆H A ∆H A = − =− dt g dt gF dt = ρ gF ( H A + ∆H A − H B − L sin α ) dV Với V=Q/F và dQ biến ñổi lưu lượng trong (1) − ρ LF dt thời ñoạn dt. Thay ñổi áp suất tại A 10/25/2010 21 10/25/2010 22 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống do nước va gây ra CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va L dV L dQ - Gia số áp lực do nước va tại A tỷ lệ tuyến ∆H A = − =− tính với (dQ/dt). g dt gF dt dQ CHÚ Ý: Trong trường hợp = const dt - Nếu dQ/dt < 0 ñóng van ∆HA > 0 nước va dương L Q d − Qc ∆H A = - Nếu dQ/dt > 0 mở van gF Ts ∆HA < 0 nước va âm Gia số áp lực do nước va tại A tỷ lệ tuyến Qd: lưu lượng trước khi ñóng van; tính với chiều dài L từ B ñến A. Qc: l/l sau khi ñóng van Ts: thời gian ñóng van từ Qd Qc L=0 ∆H=0 (tại B). 10/25/2010 23 10/25/2010 24 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 4
10/25/2010 CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va NƯỚC VA ðƯỜNG ỐNG CỨNG TUYỆT ðỐI Nếu ñóng (mở) van tức thì (dQ/dt >>> D THAY ðỔI 1) ∆HA A ∆H → ∞ !!! Réservoir B ∆H(1) ∆H(2) Trường hợp kể ñến sự ñóng không « L3,F3 HA L1,F1 tuyến tính »: L Qd − Qc L2,F2 A A ∆H = k α gF Ts o Mặt chuẩn o 1,5 xem như hệ an toàn. Vi k = 1,25 HA:cột nước tỉnh Kênh sau NM ∆HA: gia số áp lực nước va tại A 10/25/2010 25 10/25/2010 26 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Giả thiết D mỗi ñoạn không ñổi: Bài tập: Một ñường ống áp lực có D=2,25m, Gia số áp lực cho ñoạn 1: Q − Q c L1 chiều dài L=1000m, dẫn lưu lượng ∆H (1) = d . gTs F1 Q=30m3/s. Thời gian ñóng van là 10s Gia số áp lực cho ñoạn 2: (tuyến tính k=1). L2 Qd − Qc Qd − Qc L1 L2 1. Tính gia số áp lực lớn nhất do nước va. ∆H(2) = ∆H(1) + = ( + ) gF2 Ts gTs F1 F2 2. Tương tự nếu D=2.5m. So sánh với kết Gia số áp lực cho ñoạn 3: quả câu 1, nhận xét. Q d − Q c L1 L 2 L 3 ∆H ( 3) = ( + + ) gTs F1 F2 F3 10/25/2010 27 10/25/2010 28 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Bài giải: Bài tập: Lấy số liệu bài trước. ðường ống 1. D=2.25m bây giờ gồm 2 ñoạn: L1=400m, D1=2.25m; L Qd − Qc 1000 * 4 30 − 0 L2=600m, D2=2.0m. ∆H Amzx = k =1 = 76.91m gF Ts 9.81*3.14159 * 2.252 10 Tính gia số áp lực do nước va trong 2 ñoạn ống. 2. D=2.5m L Qd − Qc 1000* 4 30 − 0 ∆H Amzx = k =1 = 62.3m gF Ts 9.81*3.14159* 2.52 10 Nhận xét: V giảm Giá trị nước va giảm 10/25/2010 29 10/25/2010 30 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 5
10/25/2010 CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Bài giải: ðoạn 1: NƯỚC VA TRONG ðƯỜNG ỐNG ðÀN HỒI & L Q − Qc 4 * 400 30 − 0 NƯỚC NÉN ðƯỢC - ðÓNG (MỞ) VAN ∆H (1) = 1 d = = 30.76m gF1 Ts 9.81* π * 2.252 10 TỨC THÌ ðoạn 2: Xét trươ,ng hợp nươ;c là NÉN L2 Qd − Qc 4*600 30− 0 ∆H(2) = ∆H(1) + gF2 Ts = 30.76+ 9.81*π*22 10 = 89.16m ñược (ρ ρ thay ñổi theo áp suất). Bài tập: Lấy số liệu bài trước, ñường ống Tiê;t diện ω ñường ống thay ñổi gồm 2 ñoạn: L1=500m, D1=3.5m; L2=250m, theo áp suất bên trong. D2=3.0m. Lưu lượng 40m3/s. Tính gia số áp lực do nước va trong mỗi ñoạn. 10/25/2010 31 10/25/2010 32 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Trong thực tế ñường ống Khảo sát ñoạn cuối ñường ống: - Có 1 van ở A (chọn làm gốc toạ ñộ). bằng thép hoặc bê tông cốt - ðầu vào ñường ống giả thiết là hồ chứa. thép biến dạng khi áp - V0 vận tốc trung bình trong ống. - Thực hiện ñóng van tức thì (T=0). suất thay ñổi (mặc dù rất n t=dt bé) m ∆l a t=0 V0 ðường ống ñàn hồi. p0 V0=0 A p0+∆p n 10/25/2010 33 10/25/2010 m a 34 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Giải thích hiện tượng: ∆l ∆p = ρ V0 Sau ∆t (s), chỉ có ñoạn chất lỏng giới hạn Từ ñó: ∆t (1) bởi (a-a);(m-m) là dừng Gia tăng áp Bước thời gian kế, ñoạn chất lỏng giới hạn suất ∆p. bởi (m-m) và (n-n) sẽ dừng hiện tượng tiếp diễn sự truyền sóng áp lực với tốc Trong khi ñó nước bên trái (m-m) vẫn chảy ñộ a: “bình thường”. ∆l a = lim Phương trình chuyển ñộng khối chất lỏng ∆t → 0 giới hạn bởi (a-a) và (m-m) theo trục ống: Do ñó (1) ∆p = ρ aV0 (2) p0ω − ( p0 + ∆p)ω = ( ρω∆l )( 0 − V0 ) 10/25/2010 PGS. TS. Nguyễn Thống ∆t 350 10/25/2010 PGS. TS. Nguyễn Thống 36 6
10/25/2010 CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Trong trường hợp van ñóng 1 phần: Khối lượng nước trong ñoạn a-a;m-m gia tăng: do ñó ∆p = ρ a (V0 − Vc ) a ∆m = (ρ + ∆ρ )(ω + ∆ω )∆l − ρω∆l ∆H = (V0 − Vc ) ∆m = (ρ∆ω + ω∆ρ )∆l = (ρ∆ω + ω∆ρ )a∆t g ρg ∆H (N/m2) Note: ∆p=ρ Tính a: Trong thời gian ñó, khối lượng nước ñi qua tiết Khi nước bị nén: ρ → ρ + ∆ρ diện m-m: ∆m0 = ρωV0 ∆t Tiết diện ống gia tăng: ω → ω + ∆ω Luật bảo toàn khối lượng: ∆m0 = ∆m 10/25/2010 37 10/25/2010 38 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ta có: (ρ∆ω + ω∆ρ )a∆t = ρωV0 ∆t Chú ý là khối lượng nước không Từ ñó: ñổi (dù có bị nén) : ρW = c te ∆p ∆p ρV0 ∆ρ a= = a a= ∆ω ∆ω ρ ∆ω ∆ρ + ρ ∆ρ + ρ 1+ Vi phân toa,n phâ,n: ω ω ∆ρ ω dW dρ ρ dW + Wd ρ = 0 ⇒ W =− ρ Note: ðã sử dụng kết quả trước: ∆p = ρ aV0 10/25/2010 39 10/25/2010 40 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Quy luật thể tích châ;t lỏng thay ñổi Dùng ñịnh luật Hooke: theo áp suất: σ .L dW = − W dp ⇒ dW =− dp dl = K W K E K= 1 β : hệ số ñàn hồi nước. Tính: ∆ω ⇒ ∆p K = ω 10/25/2010 PGS. TS. Nguyễn Thống ∆ρ ρ 41 10/25/2010 PGS. TS. Nguyễn Thống 42 7
10/25/2010 CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Löïc keùo T sinh ra do aùp suaát p treân chu vi hình Xét ống tròn: ω = π r 2 ∆ω ∆r troøn b/kính r: dF Ta có: ∆ω = 2π r ∆r =2 (dF vi phaân löïc taùc duïng leân ∆r ω r vi phaân chu vi dl) T Với r biến dạng tương ñối của bán kính r dFx = pdl. cos α α dưới tác dụng của gia áp suất ∆ p . p Luật Hooke: ∆r r ∆p d ∆p ∆ω d ∆p = pr cos α.dα r = ω = eE eE = 2eE π /2 T Với e chiều dày thành, E hệ số ñàn hồi ống 2T = ∫ dFx = pr 10/25/2010 PGS. Dr. Nguyễn Thống ∫π cosα .dα = 2pr − /2 43 d ñường kính ống. 10/25/2010 PGS. TS. Nguyễn Thống 44 CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Thay kết quả này vào phương trình xác ñịnh a: Thay vào trên ta co;: a0 K a (m/s) Tô;c ñộ a = ρ d ñường kính trong K d a = K d chiều dày thành ống e truyền so;ng áp lực. 1+ . 1+ * thép E e E e Chú ý: Tính gia; trị Note: nếu ống KHÔNG ñàn hồi ( E = ∞ ) nươ;c va trong ñường ống ñàn hồi: Ta có: K K module ñàn hồi nước a a0 = ρ ∆H = (V0 − Vc ) ðây là vận tốc truyền của sóng âm trong nước. 10/25/2010 45 10/25/2010 g 46 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Với K của nước ở nhiệt ñộ bình thường: Với ñường ống bê tông cốt thép: K = 2.03*10 N / m 9 2 K Ta có: a0 =1425 m/s. ρ a= Một số vật liệu ống phổ biến: K d 1+ . E e(1 + 9.5α) Vật liệu Sắt Gang Gang ñúc li Chì f α= ⇒ hệ số cốt thép vòng. f diện tích cốt tâm e E/K 100 37 41 9 thép trên 1m chu vi ống. Thông thường α =0.015 0.05 10/25/2010 47 10/25/2010 48 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 8
10/25/2010 CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Bài tập: Lưu lượng 25m3/s chảy trong ñường HỆ SỐ ðÀN HỒI ống có ñường kính 2,5m, dài 1km. Vật liệu E(kG/cm2) Vật liệu E(kG/cm2) 1. Giả thiết ống tuyệt ñối cứng, tính giá trị Thép 2.1E+06 Cao su 20-60 nước va max tại cuối ống khi ñóng van Gang 1.0E+06 Nước 2.1E+04 trong 10’’ (nươ;c không nén ñược). Bêtông 2.1E+05 Dầu 1.35E+04 2. Giả thiết ống ñàn hồi bằng thép dày 32mm. Gỗ 1.0E+05 Nươ;c là nén ñược. Hệ số ñàn hồi nước K=2.109 N/m2. Tính nước va cuối ống khi ñóng van tức thời. 10/25/2010 49 10/25/2010 50 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va 3. Lâ;y gia; trị nươ;c va câu 2. Khả PHƯƠNG TRÌNH NƯỚC VA năng chịu lực thép là σ=75kN/cm2. TỔNG QUÁT Lấy hệ số an toàn 2. Lấy chiều dày ðường ống ñàn hồi. dự phòng 2mm. Nươ;c nén ñược. Tính lực dọc chu vi ống sinh ra do Van ño;ng dâ,n dâ,n. gia sô; áp lực nước va khả năng Mất năng ñường dài (ma sát chịu lực ống? giưla dòng chảy và ñường dẫn). 10/25/2010 51 Mất năng cục bộ. 10/25/2010 52 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va SƠ ðỒ TÍNH Áp dụng phương trình lực khối nước trong (1-1) và (2-2) theo phương X: ∆HA d(mV) x X = ∑ Fx (1) H1 dt B 2 Hồ m=ρρFdx, Fx: ngoại lực ∂V dx 1 HA dV = dt 2 ∂t 1 A Lực tác dụng lên khối nước: α ∂h o Mặt chuẩn o − ρ gF dx ∂x HA: cột áp tỉnh Kênh sau NM Lực bản thân phương X: ∆HA: gia số áp lực tại A do nước va 10/25/2010 53 10/25/2010 − ρ gFdx sin α 54 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 9
10/25/2010 CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Thay vào p/trình (1): Từ ñó: ∂V ∂H (2) =g − ρFdx ∂V ∂h dt = − ρgF ( dx + dx. sin α ) ∂t ∂x ∂t ∂x a dx Kết quả trước: ∆H = (V0 − Vc ) a= ∂V ∂(h + z 0 + x sin α ) g dt − ρFdx dt = − ρgF dx ∂t ∂x Xét sự thay ñổi áp suất trong dt: ∆H = ∂H dt z0 : cao ñộ van so mặt chuẩn. ∂t z : cao ñộ mặt cắt khảo sát so mặt chuẩn. Sự thay ñổi vận tốc: ∆V = − ∂V dx h+z 10/25/2010 α =H 0+xsinα 55 10/25/2010 ∂x 56 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Thay tất cả vào: LỜI GiẢI (2) VÀ (3) ∂H dt = a ∂V ∂H a ∂V dx ∂H a 2 ∂V 1. PHƯƠNG PHÁP ðƯỜNG ðẶC TRƯNG: .dx = . = . ∂t g ∂x ∂t g ∂x dt ∂t g ∂x Với V=V(x,t) và H=H(x,t) ta có: dV ∂V dx ∂V dH ∂H dx ∂H ∂V g ∂H (3) = + = + = . dt ∂x dt ∂t và dt ∂x dt ∂t ∂x a 2 ∂t Hệ p/t (2) và (3) trở thành: Hệ phương trình (2) và (3) biểu diễn hiện tượng truyền sóng nước va trong ống ñàn hồi với 2 ẩn dV ∂V dx ∂H số là H và V. − =g 10/25/2010 57 (2) 10/25/2010 dt ∂x dt ∂t (4) 58 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Từ (3) ∂V = g  dH − ∂H dx  (5) Cho phép xác ñịnh các ñường ñặc (7)   ∂x a 2  dt ∂x dt  trưng. Hệ (4) & (5) cho: T X=-at+k2 dV  1  dx   ∂H g dx dH 2 = g 1 − 2    + 2. . dt  a  dt   ∂x a dt dt (6) θ t+2θ X=at+k1 Phương pháp ñường ñặc trưng biến (6) θ t+θ thành p/t bậc 1 bằng cách xem t/hợp: t 2 0 A L B X 1  dx  dx (7) 1− 2   = 0 ⇒ = ±a HỆ ðƯỜNG ðẶC TRƯNG 10/25/2010 PGS. TS. Nguyễn Thống a  dt  dt 59 10/25/2010 PGS. TS. Nguyễn Thống 60 10
10/25/2010 CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Trên ñường ñặc trưng, p/trình (6) trở thành: Tích phân p/t (7) dọc theo ñường x =-at+k1 trong θ tại A: g/hạn t tại B t+θ (7) (Q − Q t +θ ) a a a dH = dV = dQ B A H t − H t +θ = − B A (9) t g gF gF θ t+2θ Tương tự cho tất cả các thời ñoạn kháct+θ θ; Tích phân p/t trên theo ñường x =at+k1 với θ t+3θ t+2θ θ; …ta có: θ tại B: giới hạn t tại A t+θ  A  H nθ − H (n +1)θ = gF ( Q nθ − Q (n +1)θ ) B a A B (8) a H At − H Bt +θ = (Q A t − Q Bt +θ )   ( QnBθ − Q(nA +621)θ ) gF H B − H A a nθ (n +1)θ = − 10/25/2010 61 10/25/2010  gF PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Dùng các ñ/kiện biên và ban ñầu, ta có thể Ví dụ: Dạng tổng quát giá trị nước va tại A. giải hệ p/trình ñể xác ñịnh giá trị nước va tại A. 900 800 Coät nöôùc cuoái oáng aùp Exemple: Giả thiết hồ chứa lớn (mực nước 700 löïc coù keå nöôùc va không ñổi khi có nước va) HtB=H0= hằng H (m) 600 500 số tại B. Giả thiết lưu lượng qua A biết 400 Hmax (m) theo thời gian. Giá trị nước va tại A 300 thường có dạng tổng quát sau: 200 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Tf T (s) 10/25/2010 63 10/25/2010 64 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦ CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðườ ðường ống áp lực & hiệ hiện tượ tượng nướ nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH NƯỚC VA TỔNG QUÁT 10/25/2010 65 10/25/2010 66 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 11
10/25/2010 CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va 2. PHƯƠNG PHÁP SỐ (TỔNG QUÁT): Ta có thể sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn ñể giải hệ phương trình ñạo hàm riêng bậc cao phi tuyến biểu thị hiện tượng bước va: Phương trình chuyển ñộng: ∂V 1 ∂p fV V (10) + + g sin α + =0 ∂t ρ ∂x 2D 10/25/2010 67 10/25/2010 68 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Phương trình liên tục: Hệ phương trình (10) và (11) cho phép xác ∂p ∂V (11) ñịnh 2 ẩn số V và p theo thời gian. + ρa 2 =0 ∂t ∂x K/ρ t, x biến ñộc lập. a2 = K D V vận tốc trung bình. 1+ p áp suất tại tâm mặt cắt. E e D ñường kính ống. 10/25/2010 69 10/25/2010 70 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ví dụ: ðường ống dài 1850m, ñường kính 800 thay ñổi từ 2,5m 3,0m. Chiều dày 700 Cuối ống 40mm 20mm. Lưu lượng max 39m3/s, có 2 tuabin. Ma sat giữa nước và thành có 600 T p (mH2O) f=0,025. Thời gian ñóng van 8’’. 500 t Lời giải bằng phương pháp sai phân tham 400 khảo như sau: 300 200 Giữa ống 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 T (s) 10/25/2010 71 10/25/2010 NƯỚC VA DƯƠNG 72 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 12
10/25/2010 CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦ Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðườ ðường ống áp lực & hiệ hiện tượ tượng nướ nước va 600 Cuối ống DỰ ÁN 500 THƯỢNG p (mH 2O) 400 Giữa ống 300 KONTUM 200 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 T (s) NƯỚC VA ÂM 10/25/2010 73 10/25/2010 74 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va 1300 p(mH2 O) 1000 p(mH 2O) 1200 950 1100 900 1000 850 900 800 800 700 750 NƯỚC VA ÂM 600 NƯỚC VA DƯƠNGT (s) T (s) 700 0 10 20 30 40 50 60 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 10/25/2010 75 10/25/2010 76 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦ CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðườ ðường ống áp lực & hiệ hiện tượ tượng nướ nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va ðịnh nghĩa: TÍNH TOÁN • T tf : nước va gián tiếp. T thời gian ñóng (mở) van (4’’-12’’). THEO QUY PHẠM tf=2L/a: thời gian truyền sóng nước va trên ñoạn ñường 2L. VIỆT NAM L: chiều dài ống áp lực. 10/25/2010 77 10/25/2010 78 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 13
10/25/2010 CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va a: vận tốc truyền sóng 1425 V0: vận tốc TB dòng chảy trước khi a= ñóng van. K d Vc: vận tốc TB dòng chảy sau khi ñóng 1+ * NƯỚC VA TRỰC TIẾP E e van Giá trị nước va max: HV: áp lực max (mH2O) do nước va + cột áp tỉnh. ∆H = H v − H 0 = a(V0 − Vc ) / g H0: cột áp tỉnh. ðịnh nghĩa hệ số: ζ = ∆H = a(V0 − Vc ) 10/25/2010 PGS. TS. Nguyễn Thống H0 gH 0 79 10/25/2010 PGS. TS. Nguyễn Thống 80 CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va NƯỚC VA DƯƠNG GIÁN TIẾP Gọi hệ số Allievi: aV ρ= Gọi t thời ñiểm nước va dương 2 gH 0 max xảy ra: at Nếu t tf: nước va pha cuối. ðặt: ∆H ρ ς= σ= H0 θ 10/25/2010 81 10/25/2010 82 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Có 2 trường hợp: - T/h 2: ρ > 1 nước va gián tiếp pha cuối. * Nếu ζ>=50% theo Allievi: - T/h 1: ρ < 1 nước va gián tiếp pha ñầu. ς= σ 2 (σ + σ2 +4 ) 2σ * Nếu ζ>=50% theo Calame-Gaden: ς= ς = 1.1σ Theo Calame-Gaden: 1 + σ (θ − 1) ∆H HV * Nếu ζ
10/25/2010 CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va NƯỚC VA ÂM 2σ Chú ý • Nước va âm cực tiểu pha ñầu (ttf): gia tăng áp suất do nước σ ( −σ + σ 2 + 4) ς= va: 2 ∆H = ς.H 0 • Tính gần ñúng khi ζ 1 nước va gián tiếp pha ñầu) (ρ Giá trị nước va lớn nhất cuối ống: ∆H = ςH 0 = 0.28 * 294 = 82.3m 10/25/2010 87 10/25/2010 88 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Bài tập: ðường ống áp lực dài 1000m, cột Bài tập: Giống câu hỏi bài tập nước tỉnh H0=200m. Vận tốc trung bình trước với H0=600m, L=1500m, trong ống 5,5m/s. Giả thiết a=1200m/s, thời gian ñóng van 8’’. V=6m/s, a=1000m/s & t=8’’. a. Nước va gián tiếp hay trực tiếp? b. Tính giá trị nước va theo Quy phạm VN. c. ðường ống có d=2m, [σ] =20kN/cm2. Tính chiều dày thành ống (b). (Xem ôn ở sau, tính lực dọc CV ống tròn có áp suất ñều p tác dụng) 10/25/2010 89 10/25/2010 90 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 15
10/25/2010 CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦ Ch. 7: ðường ống áp lực & hiện tượng nước va Ch. 7: ðườ ðường ống áp lực & hiệ hiện tượ tượng nướ nước va Ôn: Xác ñịnh lực dọc T theo chu vi ống tròn bán kính R khi chịu áp suất p phân bố ñều bên trong: A HẾT T=f(p,R) A p R 10/25/2010 91 10/25/2010 92 PGS. TS. Nguyễn Thống PGS. TS. Nguyễn Thống 16

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.