Chương 7 - Dòng chảy đều không áp trong kênh

Chia sẻ: Trần Văn Hoài Thương | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

423
lượt xem 20
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Vận dụng công thức Sedi vào dòng chảy đều không áp trong kênh, cần chú ý đặc điểm là độ dốc thủy lực J, độ dốc đo áp Jp và độ dốc đáy kênh i bằng nhau: J =Jp = i Vì lưu tốc trung bình v và sự phân bố lưu tốc không đổi dọc theo dòng chảy, nên cột nước lưu tố αv 2 cũng không đổi dọc theo dòng chảy..

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Chương 7 - Dòng chảy đều không áp trong kênh

DÒNG CHẢY ĐỀU KHÔNG ÁP TRONG KÊNH __________________ ________ _ ThS LÊ MINH LƯU CHƯƠNG 7 DÒNG CHẢY ĐỀU KHÔNG ÁP TRONG KÊNH §7.1 – Những khái niệm cơ bản về dòng chảy đều không áp trong kênh. Dòng chảy đều không áp trong kênh là dòng chảy ổn định, có lưu lượng, diện tích mặt cắt ướt, đồ phân bố lưu tốc trên mặt cắt ướt không đổi theo dòng chảy. Dòng chảy đều không áp trong kênh có mặt thoáng trên đó áp suất như nhau và thường bằng áp suất khí trời. Vì có mặt thoáng nên mặt cắt ướt có thể biến đổi khi một yếu tố thuỷ lực nào đó biến đổi. Do đó việc tính toán thủy lực dòng chảy đều không áp trong kênh phức tạp hơn so với dòng chảy đều có áp trong ống. Muốn có dòng chảy đều không áp trong kênh cần thiết phải đồng thời thoả mãn những điều kiện sau đây: − Lưu lượng không đổi dọc theo dòng chảy và thời gian. − Mặt cắt ướt không đổi cả về hình dạng và diện tích. − Độ dốc đáy không đổi, i = const − Độ nhám không đổi, n = const. Dòng chảy đều trong kênh hở đại đa số là dòng chảy rối. Đồng thời phần nhiều ở khu sức cản bình phương. Vì vậy công thức cơ bản để tính dòng chảy đều trong kênh hở là công thức Sedi: v = C RJ Vận dụng công thức Sedi vào dòng chảy đều không áp trong kênh, cần chú ý đặc điểm là độ dốc thủy lực J, độ dốc đo áp Jp và độ dốc đáy kênh i bằng nhau: J =Jp = i Vì lưu tốc trung bình v và sự phân bố lưu tốc không đổi dọc theo dòng chảy, αv 2 nên cột nước lưu tốc cũng không đổi dọc theo dòng chảy, đường năng và 2g đường đo áp song song với nhau; đường đo áp của dòng chảy đều trong kênh hở có thể coi chính là đường mặt nước tự do. Từ J = Jp = i, công thức Sedi dùng cho dòng chảy đều trong kênh hở viết dưới dạng: v = C Ri (7 – 1) Gọi K là môđun lưu lượng hoặc đặc tính lưu lượng: K = ωC R (7 – 2) Tức lưu lượng của dòng chảy đều: Q = ωC Ri = K i (7 – 3) _ 117 _
DÒNG CHẢY ĐỀU KHÔNG ÁP TRONG KÊNH __________________ ________ _ ThS LÊ MINH LƯU §7.2 – Những yếu tố thủy lực của mặt cắt ướt của dòng chảy trong kênh. 1. Các mặt cắt thường dùng. Tùy theo tính chất vật liệu ở bờ kênh, mặt cắt kênh có thể có nhiều hình dạng khác nhau. Với vật liệu rắn, chắc (gỗ, bê tông, đá…) thì mặt cắt kênh có thể là hình chữ nhật, hình Hình 7 – 1 thang, hình Parabol (hình 7 – 1). Với kênh đi ngầm trong lòng đất (như khi xuyên qua núi…) thì mặt cắt phải là kiểu khép kín. Có thể là hình chữ nhật, hình tròn, hình trứng, hình lòng máng..v…v. (hình 7 – 2). Hình 7 – 2 2. Những công thức tính những yếu tố thủy lực của mặt cắt ướt. a) Mặt cắt ngang hình thang đối xứng (hình 7 – 3a). Ta gọi b : bề ngang đáy h : độ sâu m : độ dốc bờ kênh m = cotgα (7 – 4) (α được xác định theo sự tính toán ổn định bờ kênh). Hình 7 – 3 Bề ngang B ở mặt trên: B = b + 2mh (7 – 5) Diện tích mặt cắt ướt ω và chu vi ướt χ: ω = (b + mh)h (7 – 6) χ = b + 2h 1 + m 2 (7 – 7) Nếu biết ω và χ có thể tính bán kính thuỷ lực R ω R= (7 – 8) χ b Đặt β = ; những trị số ω và χ biểu thị qua β thành: h _ 118 _
DÒNG CHẢY ĐỀU KHÔNG ÁP TRONG KÊNH __________________ ________ _ ThS LÊ MINH LƯU ω = h2(β+ m) (7 – 9) ( χ = h β + 2 1+ m2 ) (7 – 10) b) Mặt cắt ngang hình chữ nhật (hình 7 – 3b). Ở đây: B = b; m = cotg900 = 0 (7 – 11) ω = bh; χ = b + 2h c) Mặt cắt ngang hình tam giác (hình 7 – 3c). b = 0; B = 2mh (7 – 12) ω = mh2; χ = 2h 1 + m 2 d) Mặt cắt ngang hìnhParabol (hình 7 – 3d). 2 ω= Bh (7 – 13) 3 §7.3 – Mặt cắt có lợi nhất về thủy lực. Mặt cắt nào dẫn được lưu lượng lớn nhất trong cùng một điều kiện (độ dốc đáy kênh, độ nhám bờ, diện tích mặt cắt ướt…) thì được gọi là mặt cắt có lợi nhất về thủy lực. Ta xác định điều kiện của mặt cắt có lợi nhất về thủy lực. Xuất phát từ công thức (7 – 3), sau khi thay C trong đó bằng công thức Pavơlốpsiky, ta có: 1 Q = ω R y Ri n Ta thấy rằng cùng một diện tích ω của mặt cắt ướt, lưu lượng sẽ càng lớn khi bán kính thuỷ lực R càng lớn và ứng với cùng một lưu lượng Q nếu R lớn nhất thì ω nhỏ nhất. Vậy với ω = const, ta sẽ có mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực khi bán kính thủy lực R lớn nhất, có nghĩa là chu vi ướt χ nhỏ nhất. Trong những hình có diện tích bằng nhau thì hình tròn là hình có chu vi bé nhất, do đó mặt cắt lợi nhất về thủy lực của kênh hở là hình nửa vòng tròn. Đối với mặt cắt hình thang điều kiện để mặt cắt có lợi nhất về thuỷ lực là: ( β ln = 2 1 + m 2 − m ) (7 – 14) Từ (7 – 14) ta thấy βln là hàm số của m. Quan hệ βln = f(m) cho ở bảng (7 – 1) Bảng trị số của βln = f(m) Bảng 7 – 1 m 0 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,25 2,50 3,00 _ 119 _
DÒNG CHẢY ĐỀU KHÔNG ÁP TRONG KÊNH __________________ ________ _ ThS LÊ MINH LƯU βln 2,0 1,562 1,236 1,000 0,828 0,702 0,606 0,532 0,472 0,424 0,385 0,324 Thay βln vào (7 – 8) tính bán kính thủy lực R, ta có: ω R ln = = [( (b + mh )h = 2 1 + m 2 − m + m h 2 = h ) ] ( ) χ b + 2h 1 + m 2 2 1 + m 2 − m h + 2 1 + m 2 h 2 (7 – 15) Với mặt cắt chữ nhật (m = 0) thì βln = 2, tức bề rộng bằng hai lần độ sâu: bln = 2hln. §7.4 – Những bài toán cơ bản về dòng chảy đều trong kênh hở hình thang. Việc tính toán dòng chảy đều trong kênh hở là dựa vào phương trình cơ bản (7 – 3): Q = ωC Ri Đối với trường hợp thường gặp là kênh hình thang, phương trình (7 – 3) nêu lên mối quan hệ giữa Q và các yếu tố sau đây: bề rộng đáy b, chiều sâu h, độ dốc mái kênh m, độ dốc kênh đáy i, độ nhám lòng kênh n: Q = f(b, h, m, n, i) (7 – 16) Ta thường phải giải quyết hai vấn đề sau về tính toán kênh hở: − Tính toán đối với kênh đã biết thường phải giải phương trình (7 – 16) gồm 6 biến số khi đã biết 5, còn lại một biến số lấy làm ẩn số. − Thiết kế kênh mới: thường đã biết những tài liệu về trắc đạc, điạ hình, về vật liệu làm kênh, về lưu lượng trong kênh; phải xác định kích thước mặt cắt ngang kênh. Sau đây xét từng vấn đề: Tính toán đối với kênh đã biết, ta có thể gặp 3 bài toán cơ bản sau đây: − Tìm Q, đã biết b, h, m, n, i: tính những trị số ω, R, C rồi thay vào (7 – 3) ta tìm được Q. − Tìm i, đã biết Q, h, b, m, n: tính những trị số ω, R, C. Rồi thay vào (7 – 3) Q2 ta được độ dốc kênh: i= ω2 C 2 R − Tìm h, đã biết Q, b, m, n, i: Trực tiếp tìm h từ (7 – 3)là vấn đề phức tạp, nên giải bài toán này bằng phương pháp thử dần. Phương pháp này là định một trị số h, tính ra các trị số ω, C, R, rồi thay vào (7 – 2) để tìm trị số K tương ứng. Mặt Q khác tính ra K 0 = . Trị số h làm cho trị số K tương ứng bằng trị số K0 là số phải i tìm. _ 120 _
DÒNG CHẢY ĐỀU KHÔNG ÁP TRONG KÊNH __________________ ________ _ ThS LÊ MINH LƯU Để việc tính toán thử dần nhanh chóng, ta có thể giải bài toán bằng phương pháp đồ thị. Ta tự cho vài trị số h1, h2, h3…và tính ra những trị số K1, K2, K3…tương ứng (hình 7 – 4). Trên đồ thị K ~ h, dựa vào những điểm có toạ độ nói trên vẽ đường cong K = f(h). Từ trị số K0 đã biết, tìm ra điểm co trị số h0 tương ứng. Hình 7 – 4 Cũng thuộc loại bài toán này là trường hợp tìm b khi đã biết Q, h, m, n, i. Biểu thức (7–2) cũng là hàm số của b vì các đại lượng ω, C, R đều có thể biểu thị qua b: K = ωC R = f (b) Về vấn đề thiết kế kênh mới, thường phải xác định tuyến kênh và độ dốc đáy trên bản đồ trắc đạc địa hình sao cho phù hợp với yêu cầu thủy lực và kinh tế. Căn cứ vào địa chất hoặc vật liệu làm kênh xác định hệ số mái dốc m, hệ số nhám n. Với Q cho trước cần xác định b, h của mặt cắt ngang. Trong bài toán này theo (7 – 16) ta có một phương trình hai ẩn số (b, h). Vậy cần phải có một phương trình thứ hai nêu thêm một mối quan hệ b, h nữa. Có thể có hai trường hợp về phương trình thứ hai đó: b − Cho biết tỷ số β = . Khi đó thay mọi trị số b trong phương trình (7 – 2) h bằng βh, ta có phương trình một ẩn số h và trở về trường hợp tìm h khi đã biết Q, b, m, n, i đã nói trên. Có thể lấy tỷ số β bằng βln; lúc đó phương trình thứ hai là phương trình (7 – 14). Q − Cho biết R hoặc v: Giả thử biết R, từ (7 – 3) ta tính được ω và theo C Ri ω định nghĩa thì χ = . R Vậy ta có hệ phương trình hai ẩn số (b, h) sau đây: (b + mh)h = ω (7 – 17) ω b + 2h 1 + m = 2 R Giải ra tìm được b, h. _ 121 _
DÒNG CHẢY ĐỀU KHÔNG ÁP TRONG KÊNH __________________ ________ _ ThS LÊ MINH LƯU Giả thử cho biết v. Từ công thức Sedi (7 – 1) v = C Ri ta viết được: 1 y + 0 ,5 v C R= R = n i v 1 Biết và n đồng thời xác định được y thì giải ra được R. Thí dụ y = như ở i 6 công thức Maninh, ta có: 3 ⎛ nv ⎞ 2 R=⎜ ⎟ (7 – 18) ⎝ i⎠ Nếu y lấy trị số như trong công thức Pavơlốpsky thì có thể trực tiếp dùng bảng quan hệ C R ~ R để tính R (có bảng tính sẵn). Biết R ta quay về giải hệ phương trình (7 – 17). Ở mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực, trị số R, v là lớn nhất và ω là nhỏ nhất. Như vậy bài toán chỉ có thể co lời giải nếu những trị số cho trước R và v phải nhỏ hơn R và v của mặt cắt có lợi nhất về thủy lực. Thí dụ 1: Cho một kênh hình thang có b = 12,0m, độ sâu h = 3,0m, mái dốc m = 1,5; độ nhám n = 0,025 và độ dốc i = 0,0002. Tìm lưu lượng qua kênh. Giải: ω = (b + mh )h = (12 + 1,5.3)3 = 49,5m 2 χ = b + 2h 1 + m 2 = 12 + 2.3 1 + 1,5 2 = 22,8m ω 49,5 R= = = 2,171 m χ 22,3 Tính C theo công thức Pavơlốpsky, ta được C = 46,68m0,5/s. Vậy K = ωC R = 49,5.46.68. 2,171 = 3404m 3 / s Và Q = K i = 3404 0,0002 = 48,13m 3 / s Thí dụ 2: Cũng với kênh như ở thí dụ trênnhưng để dẫn được lưu lượng là 60,0m3/s. Thì độ dốc đáy kênh là bao nhiêu? Giải: Vì các số liệu như trên nên K = 3404m3/s Dùng công thức (7- 2) ta có: Q2 60 2 i= 2 = = 0,000311 K 3404 2 Thí dụ 3: Xác định độ sâu chảy đều trong kênh hình thang, cho biết b = 1,2m; m = 1,5; n = 0,0275; i = 0,0006 và Q = 1,1m3/s. Giải: _ 122 _
DÒNG CHẢY ĐỀU KHÔNG ÁP TRONG KÊNH __________________ ________ _ ThS LÊ MINH LƯU Ta có: Q 1,1 3 K= = = 44,9 m /s i 0,0006 Cho một số giá trị h tính ra K = ωC R tương ứng, tới lúc nào đó bằng 44,9 là được. Số liệu tính toán được ghi ở bảng sau: h(m) ω(m2) χ(m) R(m) R (m0,5) C(m0,5/s) K(m3/s) 0,70 1,58 3,73 0,425 0,652 29,5 30,5 0,85 2,11 4,26 0,495 0,704 30,8 45,6 0,83 2,03 4,20 0,480 0,695 30,5 43,1 0,84 2,07 4,03 0,490 0,700 30,7 44,6 Qua bảng ta thấy với h = 0,84m thì: Q ωC R = 44,6 ≈ = 44,9 vậy độ sâu chảy đều là h = 0,84m i Thí dụ 4: Xác định kích thước của kênh hình thang (b, h) sao cho mặt cắt đó là lợi nhất về thuỷ lực. Các số liệu như ở thí dụ 3. Giải: Q 1,1 3 Ta có: K= = = 44,9 m /s i 0,0006 Với mặt cắt có lợi nhất về thủy lực thì β phải thoả mãn (7 – 14). Có thể dùng quan hệ (7 – 14) hay bảng (7 – 1) để tìm βln. Với m = 1,5 tra được βln = 0,606 βln, m, n đã biết nên K chỉ phụ thuộc vào h. Cho một số giá trị h ta tìm được K. Kết quả tính toán được ghi lại trong bảng sau: h(m) ω(m2) R(m) C(m0,5/s) K(m3/s) 1,00 2,106 0,500 30,0 40,1 0,96 1,940 0,480 30,6 41,3 0,98 2,020 0,490 30,7 43,7 0,90 2,060 0,495 30,8 41,8 h Trong bảng 2, ω = (m + βln)h2; còn R = ; tra bảng 2 ta được h = 0,99m là độ 2 sâu dòng chảy đều trong kênh và b = βln.h = 0,606.0,99 = 0,60 §7.5 – Tính toán kênh có điều kiện thủy lực phức tạp. _ 123 _
DÒNG CHẢY ĐỀU KHÔNG ÁP TRONG KÊNH __________________ ________ _ ThS LÊ MINH LƯU 1. Mặt cắt đơn giản nhưng có độ nhám khác nhau: Trong thực tế nhiều khi gặp những mặt mặt cắt kênh có những phần có độ nhám khác nhau. Tính toán thủy lực trong trường hợp này tương đối phức tạp, chỉ có thể tính gần đúng. Gọi χi là phần chu vi ướt của mặt cắt ứng với độ nhám ni và ωi là phần mặt cắt tương ứng với phần chu vi ướt χi. Có thể tính độ nhám trung bình theo: n 1 χ1 + n 2 χ 2 + ..... + n n χ n n tb = (7 – 19) χ1 + χ 2 + .... + χ n Pavơlốpsky dựa vào giả thiết là mỗi phần của chu vi ướt có ảnh hưởng đến một phần diện tích tỷ lệ với nó, tức: χ1 χ 2 χ χ = = ..... = n = ω1 ω 2 ωn ω và đã chứng minh được rằng có thể xác định "hệ số nhám trung bình" bằng công thức: n n 1 χ1 + n 2 χ 2 + .... + n n χ n 2 2 ∑χ n i 2 i n tb = 2 = i =1 (7 – 20) χ1 + χ 2 + .... + χ n χ Khi đó trị số n trong hệ số Sedi lấy bằng ntb. Thí dụ: Thiết kế một kênh mà mái dốc được phủ bê tông, còn đáy thì không gia cố. Chiều dài mái dốc được phủ bê tông là χ1 = 6m, với hệ số nhám n1= 0,012 và độ dài không gia cố là χ2 = 5m với hệ số nhám n2 = 0,025. Xác định hệ số nhám trung bình. Áp dụng công thức (7 – 19), ta có: n 1χ 1 + n 2 χ 2 0,012.6 + 0,025.5 n tb = = = 0,018 χ1 + χ 2 6+5 Áp dụng công thức (7 – 20), ta có: n1 χ1 + n 2 χ 2 2 0,012 2.6 + 0,025 2.5 n tb = 2 = = 0,019 χ1 + χ 2 6+5 2. Kênh có mặt cắt phức tạp: Nếu kênh có mặt cắt phức tạp mà ảnh hưởng các phần của chu vi ướt lên các phần diện tích tương ứng không thể coi là tỷ lệ với nhau được (hình 7 – 5). Thì chu vi ướt có nhiều độ nhám hay một độ nhám ta vẫn phải chia mặt cắt ướt ω thành nhiều phần bằng những đường thẳng đứng như a-a, b-b và tính lưu tốc trung bình cho từng phần. _ 124 _
DÒNG CHẢY ĐỀU KHÔNG ÁP TRONG KÊNH __________________ ________ _ ThS LÊ MINH LƯU ω ω χ ω χ χ Hình 7 – 5 Do đó cần tính riêng diện tích ωi, chu vi ướt χi, bán kính thủy lực R, hệ số nhám ni và lưu lượng Qi cho từng phần, với giả thiết độ dốc thủy lực J giống nhau (trong dòng đều độ dốc J bằng độ dốc chung của đáy kênh); vậy: Q 1 = K 1 J = ω1C1 R 1 i Q 2 = K 2 J = ω2C 2 R 2 i ………………………. Q n = K n J = ωn C n R n i Q = ∑ Q i =K J = (∑ K i ) J Nên nhớ rằng khi tính chu vi ướt χ chỉ được tính độ dài tiếp xúc giữa nước và mặt kênh, không tính độ dài tiếp xúc giữa nước và nước của hai phần. Thí dụ 5: Tính lưu lượng đi qua kênh có nước chảy tràn bãi, hệ số nhám chung cho các phần là n = 0,025; độ dốc i = 0,0001 (hình 7 – 6). Hình 7 – 6 Giải: Ta chia thành 3 phần như hình vẽ (h.7 – 6) ⎛ 0,50 ⎞ Phần 1: ω1 = ⎜10 + ⎟.0,50 = 5,125m 2 ⎝ 2 ⎠ χ1 = 10 + 0,5 1 + 12 = 10,70m 5,125 R1 = = 0,48m ; C1 R 1 = 23,80 ; 10,70 K 1 = ω1C1 R 1 = 5,125.23,80 = 122m 3 / s _ 125 _
DÒNG CHẢY ĐỀU KHÔNG ÁP TRONG KÊNH __________________ ________ _ ThS LÊ MINH LƯU Q 1 = K 1 i = 122. 0,0001 = 1,22m 3 / s Phần 2: ω 2 = (5 + 4).4 + 0,5(5 + 2.4) = 42,5m 2 χ 2 = 5 + 2.4 1 + 12 = 16,3m 42,5 R2 = = 2,61m ; C 2 R 2 = 76,55 ; 16,30 K 2 = ω 2 C 2 R 2 = 42,5.76,55 = 3250m 3 / s Q 2 = K 2 i = 3250. 0,0001 = 32,50m 3 / s ⎛ 0,5 ⎞ Phần 3: ω3 = ⎜ 6 + ⎟.0,5 = 3,125m 2 ⎝ 2 ⎠ χ 3 = 6 + 0,5 1 + 12 = 6,7m 3,125 R3 = = 0,405m ; C 3 R 3 = 21,04m / s ; 6,7 K 3 = ω 3 C 3 R 3 = 3,125.21,04 = 65,5m 3 / s Q 3 = K 3 i = 65,5. 0,0001 = 0,65m 3 / s Vậy Q = Q1 + Q2 + Q3 = 1,22 + 32,50 + 0,65 = 34,37m3/s §7.6 – Tính toán thủy lực dòng chảy đều không áp trong ống. Trong thực tế nhiều lúc 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..v…v. Tuỳ theo yêu cầu sử dụng mà có nhiều kiểu mặt cắt khác nhau. Việc tính toán thủy lực cho các loại mặt cắt này cũng dựa trên các công thức cơ bản (7 – 2) và (7 – 3). Tuy nhiên việc tính môđun lưu lượng K theo (7 – 2) và môđun lưu tốc W phức tạp. Do đó người ta làm sẵn những bảng, đồ thị cho K và W. Gọi H là chiều cao trong ống, h là chiều sâu; K, W là môđun lưu lượng và môđun lưu tốc, khi độ sâu h < H; K0, W0 là môđun lưu lượng và môđun lưu tốc khi H = h. 1 y Nếu tính C theo công thức C = R và cho rằng y không đổi khi h thay đổi thì n K W h rõ ràng tỉ số = A và = B sẽ chỉ phụ thuộc độ sâu tương đối, tỷ số a = K0 W0 H mà không phụ thuộc vào độ nhám và kích thướctuyệt đối của mặt cắt: K W A= = f1 (a) B= = f 2 (a ) K0 W0 _ 126 _
DÒNG CHẢY ĐỀU KHÔNG ÁP TRONG KÊNH __________________ ________ _ ThS LÊ MINH LƯU Các biểu đồ quan hệ (hình 7 – 5); (h.7 – 6); (h.7 – 7) ta chỉ cần tính K0, W0 là có ngay quan hệ giữa K và W với độ sâu h, và giải được các bài tính về dòng chảy đều không áp trong ống một cách rất đơn giản. Để tính toán được nhanh chóng, người ta thường tính sẵn K0, W0 ứng với các độ nhám n thường dùng. Dưới đây cho các bảng tính ứng với n = 0,013. Hình 7 – 8 Hình 7 – 9 Thí dụ 5: Xác định đường kính của ống tròn bằng bê tông cốt thép sao cho h a= ≤ 0,80 ; biết Q = 3m3/s; i = 0,004; n = 0,013 H Giải: Với a = 0,8; tra biểu đồ (7 – 1) (hình 7 – 5), ta được A = 1,0 K Q 3 3 Vậy K0 = = = = 47,4 m /s A A i 1. 0,004 1 1 8 πd 2 1 ⎛ d ⎞ 6 ⎛ d ⎞ 2 πd 3 Mặt khác ta có: K 0 = ω 0 C 0 R0 = . ⎜ ⎟ .⎜ ⎟ = = 47,4 4 n⎝4⎠ ⎝4⎠ 4n 16 Giải phương trình ta được d = 1,30m. Vì ống thường đúc sẵn với các đường kính nhất định, nên cần tìm trong bảng đó giá trị K0 lớn hơn gần nhất giá trị vừa tính ở trên. Ta có K0 = 71,0m3/s, ứng với ống có đường kính d = 1,50m và W0 = 40,1m/s. Nếu lấy d lớn lên thì độ sâu tương đối a sẽ thay đổi, ta có: K Q 3 A= = = = 0,666 K 0 K 0 i 71,0 0,004 Tra biểu đồ (7 – 1), hình (5 – 5) ta tìm được a = 0,60 và B = 1,07. Vậy độ sâu của dòng chảy là: _ 127 _
DÒNG CHẢY ĐỀU KHÔNG ÁP TRONG KÊNH __________________ ________ _ ThS LÊ MINH LƯU h = aH = 0,60.1,50 = 0,90m; và lưu tốc trung bình là: v = W i = BW0 i = 1,07.40,1. 0,004 = 2,58m / s Trị số K0 và W0 của ống tròn n = 0,013 Bảng 7 – 2. H = d(m) 0,25 0,50 0,75 1,0 1,25 1,50 1,75 2,0 2,25 2,50 2,75 3,0 K0(m3/s) 0,595 3,76 11,2 24,0 43,7 71,0 106,5 152,5 208 276 351 447 W0 (m/s) 12,1 19,2 25,3 30,5 35,6 40,1 44,3 48,5 52,4 56,2 59,7 63,3 Trị số K0 và W0 của hình trứng n = 0,013 Bảng 7 – 3. H(m) 0,3 0,45 0,60 0,75 0,90 1,05 1,20 1,35 1,50 1,65 1,80 1,95 2,10 2,25 K0(m3/s) 0,497 1,523 3,314 6,119 10,01 15,20 21,55 29,93 42,60 51,43 64,39 78,58 92,19 115,80 W0 (m/s) 10,82 14,43 18,03 21,31 24,19 27,03 29,34 32,17 34,43 37,0 38,92 40,42 42,68 44,81 Trị số K0 và W0 của ống hình lòng máng n = 0,013 Bảng 7 – 4. H (m) 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6 4,0 K0(m3/s) 12,28 20,12 30,40 43,60 59,6 78,8 128,0 193,0 276,0 375,0 495,0 W0 (m/s) 25,4 28,9 32,1 35,1 38,0 40,7 46,2 50,9 55,7 58,8 63,9 §7.7 – Lưu tốc cho phép không xói và không lắng. Về mặt thủy lực tất cả các kênh vận tải thủy, phục vụ nhà máy thủy điện, trạm bơm, tưới tiêu hoặc phục vụ tổng hợp đều phải thoả mãn một yêu cầu chung nhất là: trong điều kiện sử dụng bình thường lưu lượng và mực nước trong kênh phải giữ vững ở mức đã thiết kế. Muốn vậy điều kiện làm việc lý tưởng nhất của kênh là đảm bảo sự ổn định của mặt cắt ngang và dọc về phương diện xói và bồi. Để không gây ra xói lỡ lòng dẫn nước, lưu tốc tính toán hoặc lưu tốc thực tế trong kênh cần nhỏ hơn lưu tốc cho phép không xói: v < [vkx] (7 – 21) trong đó [vkx] – lưu tốc cho phép không xói của dòng chảy. Lưu tốc cho phép không xói là lưu tốc lớn nhất mà khi dòng chảy đạt tới trị số ấy không gây ra sự xói lở lòng kênh, trở ngại cho việc sử dụng bình thường. Lưu tốc cho phép không xói của dòng chảy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như vật liệu, chiều sâu nước, độ nhám lòng dẫn và cả số lượng chất lơ lững. _ 128 _
DÒNG CHẢY ĐỀU KHÔNG ÁP TRONG KÊNH __________________ ________ _ ThS LÊ MINH LƯU Để tính toán sơ bộ, trong trường hợp không xét đến ảnh hưởng của bùn cát lơ lững và một số yếu tố khác có thể sử dụng trị số [vkx] cho trong Phụ lục 9; Phụ lục 10. Đối với các dòng chảy có mang theo một số lượng nhất định về chất lơ lững, ngoài việc đảm bảo lòng dẫn không bị xói còn cần chọn lưu tốc tính toán sao cho không để bồi lấy kênh. Ta gọi lưu tốcmà ứng với nó dòng chảy đủ sức tải số lượng bùn cát đã cho với thành phần tổ hợp bùn cát đã định là lưu tốc giới hạn không lắng và ký hiệu là [vkl]. Như vậy muốn cho lòng kênh không bị bồi lấp cần thỏa mãn điều kiện: v > [vkl] (7 – 22). _ 129 _