intTypePromotion=3

Giáo trình Thủy lực cơ sở: Phần 2 - CĐN Nam Định

Chia sẻ: Lê Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:19

0
51
lượt xem
7
download

Giáo trình Thủy lực cơ sở: Phần 2 - CĐN Nam Định

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tiếp nối phần 1, phần 2 Giáo trình Thủy lực cơ sở trình bày nội dung chương 5 - Dòng chảy qua cống lộ thiên. Giáo trình dành cho đối tượng sinh viên cao đẳng nghề học tập và những ai quan tâm đến vấn đề trên. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết giáo trình.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Thủy lực cơ sở: Phần 2 - CĐN Nam Định

  1. Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi Ch­¬ng 5 Dßng ch¶y qua cèng lé thiªn 1. Kh¸i niÖm  Cã mét thïng chøa ®Çy n­íc, nÕu khoÐt thñng mét lç trªn H thµnh thïng ®ã th× n­íc trong H thïng sÏ ch¶y ra khái lç. Dßng ch¶y nh­ thÕ gäi lµ dßng ch¶y qua e lç (h×nh 11-1). e ViÖc nghiªn cøu dßng ch¶y a) b) Hình 11-1 qua lç cã ý nghÜa quan träng trong Loã vaø doøng chaûy qua loã thùc tÕ thuû lîi, v× nã lµ c¬ së tÝnh a)loãm eùp moûn g to¸n thuû lùc cho nhiÒu lo¹i c«ng b)loã meùp daøy tr×nh nh­ ®Ëp (cã cöa van), cèng c«ng tr×nh th¸o n­íc cña ©u thuyÒn, hå chøa v.v. C¨n cø vµo tÝnh chÊt thuû lùc cña dßng ch¶y qua lç ng­êi ta ph©n lo¹i lç nh­ sau: 1. Ph©n lo¹i theo ®é cao l (hoÆc ®­êng kÝnh d): Cöa lç so víi cét n­íc H (h×nh 11-1). Theo c¸ch nµy lç gåm hai lo¹i lµ lç nhá vµ lç lín. NÕu l/H > 0,1 (hoÆc d/H 0,1 (hoÆc d/H >0,1) th× ®ã lµ lç lín. 2. Ph©n lo¹i theo ®é dµy cña mÐp lç (h×nh 11-1): Theo c¸ch nµy lç chia lµm hai lo¹i lµ lç mÐp máng vµ lç mÐp dµy. - §èi víi lç mÐp máng th× bÒ dµy cña mÐp lç kh«ng lµm ¶nh h­ëng tíi h×nh d¹ng dßng ch¶y qua lç, (h×nh 11-1a). Ng­îc l¹i, khi mÐp lç dµy [δ >(3÷4) hoÆc δ >(3÷4)d] th× ®é dµy cña mÐp lç cã ¶nh h­ëng ®Õn h×nh d¹ng dßng ch¶y qua lç (h×nh 11-1b). Sau khi ra khái lç, dßng ch¶y cã thÓ phãng vµo Hình 11-2 kh«ng khÝ, ng­îc l¹i cã thÓ ch×m d­íi mÆt n­íc ë sau lç. Doø ng chaû y ngaäp qua loã Tr­êng hîp trªn lµ dßng ch¶y tù do qua lç (h×nh 11-1); tr­êng hîp sau lµ dßng ch¶y ngËp (h×nh 11-2). Sau khi qua mÐp lç, c¸c tia dßng chôm l¹i vµ t¹o thµnh mét mÆt c¾t nhá nhÊt cña dßng, ®ã lµ mÆt c¾t co hÑp ωc. MÆt c¾t co hÑp ë mÐp lç 0,5d vµ cã diÖn tÝch nhá h¬n diÖn tÝch lç. V× thÕ ®Æt:  Trang: 52
  2. Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi c  ; (10-1)  vµ gäi ε lµ hÖ sè co hÑp dßng ch¶y qua lç; ε3a, l2 >3b th× ë c¶ bèn phÝa tia dßng ®Òu bÞ ngoÆt, dßng ch¶y bÞ co hÑp ë c¶ bèn bªn vµ bÞ co hÑp m¹nh nhÊt (ε nhá nhÊt); tr­êng hîp nµy gäi lµ co hÑp hoµn toµn. NÕu l1
  3. Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi Do ®ã ph­¬ng tr×nh (a) sÏ thµnh pa  p 0v02 0v02 vc2 H     (b)  2g 2g 2g NÕu ®Æt: pa  p  0 .v02 H0  H   (10-2)  2g vµ sau khi biÕn ®æi, ph­¬ng tr×nh (b) sÏ thµnh: vc2 H0  (    ) (c) 2g Tõ (c) tÝnh ®­îc l­u tèc t¹i mÆt c¾t co hÑp cña dßng ch¶y tù do qua lç nhá mÐp s¾c lµ vc: 1 vc  2 gH 0 (d)    §Æt: 1  (10-3)    φ gäi lµ hÖ sè l­u tèc, th×: v c   2gH 0 (10-4) Vµ l­u l­îng cña dßng ch¶y tù do qua lç nhá mÐp s¾c lµ Q: Q=ωc.vc=ε.ω.vc Hay Q   2gH 0 (10-5) NÕu ®Æt:    (10-6)  gäi lµ hÖ sè l­u l­îng th× (11-5) sÏ ®æi thµnh: Q  . . 2 gH 0 (10-7) ë ®©y cã thÓ xem lµ pa =p nªn (10-2) sÏ cã d¹ng:  Trang: 54
  4. Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  0 .v02 H0  H  (10-8) 2g NÕu bá qua cét n­íc l­u tèc (  0 .v02 / 2 g  0 ) th× H0=H vµ Q  . . 2gH (10-9) (10-7) vµ (10-9) lµ nh÷ng c«ng thøc tÝnh to¸n dßng ch¶y tù do qua lç nhá mÐp s¾c. C¸c hÖ sè ε, φ vµ trong c¸c c«ng thøc nãi trªn ®Òu phô thuéc sè R©yn«n Re. ve .d 2 gH .d Re  hay R e  (10-10) v v Khi trÞ sè R©yn«n v­ît qu¸ giíi h¹n 100.000 th× cã thÓ lÊy ε=0,62÷0,64; φ =0,97; = 0,60÷0,62. §èi víi dßng ch¶y qua lç co hÑp kh«ng hoµn toµn th× hÖ sè l­u l­îng lín h¬n hÖ sè l­u l­îng cña dßng co hÑp hoµn toµn; chóng nªn liªn quan víi nhau b»ng c«ng thøc sau:  n  0   1  k  (10-11)  p  Trong ®ã: p- chu vi lç, m; n- phÇn chu vi lç kh«ng cã co hÑp, m; k- hÖ sè h×nh d¹ng lç, b»ng 0,13 nÕu lµ lç trßn, 0,15 nÕu lµ lç ch÷ nhËt hoÆc vu«ng. HoÆc còng cã thÓ dïng c«ng thøc: 2      0   1  0,64   (10-12)      Trong ®ã: ω- diÖn tÝch lç; Ω- diÖn tÝch ­ít cña thµnh thïng cã lç; NÕu dßng ch¶y qua lç lµ dßng chÊt láng lý t­ëng (kh«ng nhít) th× ξ=0, α=1 vµ φ=1, do ®ã:  Trang: 55
  5. Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi v  2 gH (10-13) (10-13) lµ c«ng thøc Torixeli. §èi víi chÊt láng thËt, v× cã tinh nhít nªn ξ >0, do ®ã φ
  6. Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi 2 gHd 2.9,81.600.30 Re    322.000 v 0,0101 (Re=322.000) >100.000, vËy =0,62 lµ ®óng. VÝ dô 2 TÝnh l­u l­îng n­íc ch¶y qua lç vu«ng mÐp s¾c cã c¹nh a=5cm, biÕt t©m lç ngËp d­íi mÆt n­íc bÓ chøa lµ H=2m; lç cã mét c¹nh s¸t ®¸y bÓ, mét c¹nh s¸t thµnh bªn bÓ. Gi¶i: Chóng ta tÝnh l­u l­îng theo c«ng thøc (10-9) Q   . . 2 gH Trong ®ã =0,62; ω=a2=52=25cm2. Theo ®Çu bµi th× tr­êng hîp nµy dßng ch¶y qua lç co hÑp kh«ng hoµn toµn. V× thÕ tÝnh l¹i 0 theo (11-11).  n  25   0   1  k   0,621  0,15   0,667 .  p  20  Khi nµy: Q  0,667.25. 2.9,81.200  10,460cm 3 / s  10,46 l/s  10,5 l/s  0,0105m3 / s II. dßng ch¶y ngËp XÐt tr­êng hîp dßng ch¶y qua lç nhá mÐp s¾c nh­ s¬ ®å h×nh (11-8) d­íi ®©y, dßng ch¶y sau khi qua lç th× bÞ ngËp d­íi mÆt n­íc h¹ l­u; ®ã lµ dßng ch¶y ngËp qua lç nhá mÐp s¾c. ViÕt ph­¬ng tr×nh Becnuli qua hai mÆt c¾t A-A vµ B-B víi mÆt chuÈn 0-0 qua t©m lç (h×nh 11-8). p1 pa  .v a2 pa  .v B2 const A A p2 Z1    Z2    hw (a) Z  2g  2g B B Z1 Z2 Trong ®ã pa- ¸p suÊt khÝ trêi; vA vµ vB- C l­u tèc t¹i A-A vµ B-B. H·y cho r»ng vA vµ vB ®Òu nhá, nªn:  .v A2  .v A2 Hình 11-4  0 Doø ng chaûy ngaäp nhoû meù p saéc 2g 2g Do ®ã ph­¬ng tr×nh (a) sÏ thµnh: Z=Z1-Z2=hW (b)  Trang: 57
  7. Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi Trong ®ã: Z- hiÖu sè (®é chªnh) mùc n­íc th­îng h¹ l­u lç. hW-tæn thÊt cét n­íc dßng ch¶y qua lç. Tæn thÊt cét n­íc qua lç trong tr­êng hîp nµy chØ cã tæn thÊt côc bé, bao gåm hai lo¹i, lµ tæn thÊt côc bé t¹i lç hc1: vc2 hc1   c1 . 2g vµ tæn thÊt côc bé do dßng ch¶y më réng ®ét ngét tõ mÆt c¾t co hÑp C-C ra bÓ h¹ l­u hc2 , tÝnh theo c«ng thøc Booc®a (5-25):  c .v c2 hc 2   c 2 . ; víi  c 2  1;  c  1 2g  c .vc2 th× hc 2  2g vc2 Do ®ã h w  hc1  hc2  c c1  (c) 2g Thay hW tÝnh theo ph­¬ng tr×nh (C) vµo (b) vµ sau khi biÕn ®æi sÏ cã c«ng thøc tÝnh l­u tèc qua lç nhá mÐp s¾c ch¶y ngËp nh­ sau: 1 vc  2 gZ (10-14)  c   c1 1 §Æt  hÖ sè l­u tèc, th×:  0   c1 v c   2 gZ (10-15) Do ®ã l­u l­îng cña dßng ch¶y ngËp qua lç nhá mÐp s¾c sÏ lµ Q  v c . c  vc . hay Q   . 2 gZ (10-16) §Æt    , hÖ sè l­u l­îng, th× Q   2 gZ (10-17) NÕu kÓ ®Õn cét n­íc l­u tèc tiÕn tíi v0 th×  Trang: 58
  8. Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi  .v02 Z0  Z  , vµ v 0  2gZ 0 (10-18) 2g Q   2gZ 0 (10-19) KÕt qu¶ nghiªn cøu thùc nghiÖm cho thÊy r»ng hÖ sè l­u l­îng  trong tr­êng hîp nµy kh«ng kh¸c mÊy so víi hÖ sè l­u l­îng cña dßng ch¶y tù do, v× thÕ vÉn lÊy   0,97 ;   0,60  0,62 (khi Re kh¸ lín- ®©y lµ tr­êng hîp thùc tÕ th­êng gÆp. VÝ dô: TÝnh l­u l­îng cña dßng ch¶y ngËp qua lç nhá mÐp s¾c, lç h×nh trßn d=0,15m, biÕt Z1=7m; Z2=4,5m. VËy   0,62 ; v 02 / 2 g  0 Gi¶i: Chóng ta dïng c«ng thøc (10-17) Q   2 gZ  .d 2  .0,15 2 Trong ®ã:   0,62 ;    =0,0177m2 4 4 Z=Z1-Z2=7-4,5=2,5m Do ®ã: Q  0,62.0,0177.4,43 2,5 =0,077m3/s. Nh­ trªn ®· nãi, víi 1/H > 0,1 (hoÆc d/H > 0,1)vµ   (3  4)l [hoÆc   (3  4) d ] th× lç ®ã ®­îc coi lµ lç lín mÐp dµy. Dßng ch¶y qua lç lín mÐp dµy th­êng thÊy lµ dßng ch¶y qua ®Ëp trµn d­íi c¸nh cöa ®iÒu tiÕt (h×nh 11-5a) hoÆc H qua d­íi c¸nh cöa H cña bËc tr­íc (h×nh 11-5b).  §èi víi dßng a) b) ch¶y qua lç lín, Hình 11-5 thùc ra th× cét n­íc thay ®æi theo chiÒu cao lç; nh­ng trong thùc hµnh tÝnh to¸n ng­êi ta lÊy, cét n­íc ®Õn t©m lç. V× thÕ tr­êng hîp dßng ch¶y æn ®Þnh (H=const), còng chøng minh t­¬ng tù nh­ lç nhá trong c¶ hai tr­êng hîp, sÏ ®­îc c¸c c«ng thøc cã d¹ng (11-7), (11-9) ®èi víi dßng ch¶y tù do: Q   2gH 0 , Q   2 gH ;  Trang: 59
  9. Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi vµ d¹ng (10-17), (10-19) ®èi víi dßng ch¶y ngËp: Q   2 gZ , Q   2gZ 0 trong ®ã: Q - l­u l­îng, m3/s;  - diÖn tÝch lç, m2;  - hÖ sè l­u l­îng; H - cét n­íc (m), tÝnh tõ t©m lç ®Õn mÆt n­íc th­îng l­u, H0=H+  .v02 / 2 g v0 - l­u tèc tiÕn tíi tr­íc lç (m/s); Z - chªnh lÖch mùc n­íc th­îng h¹ l­u (m), Z 0  Z  v02 / 2 g Tuy nhiªn vÊn ®Ò kh¸c biÖt ë ®©y lµ hÖ sè l­u l­îng  . Do t×nh h×nh mÐp lç, kÝch th­íc lç vµ møc ®é co hÑp dßng ch¶y mµ hÖ sè  thay ®æi. B¶ng (11-1) d­íi ®©y nãi râ sù thay ®æi ®ã Hình 11-6 HÖ sè l­u l­îng  cña dßng ch¶y qua lç lín mÐp dµy B¶ng 11-1 TÝnh chÊt lç  Lç nhá mÐp s¾c co hÑp hoµn toµn 0,600,6 2 Lç võa co hÑp hoµn toµn 0,65 Lç lín, co hÑp kh«ng hoµn toµn 0,70 Lç lín, mÐp d­íi s¸t ®¸y, chØ cã co hÑp hai bªn 0,650,7 Lç lín, mÐp d­íi s¸t ®¸y, hai bªn Ýt co hÑp 0 Lç lín, mÐp d­íi s¸t ®¸y, hai bªn l­îng trßn  Trang: 60
  10. Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi nªn xem nh­ kh«ng co hÑp 0,700,7 5 0,800,8 5 Khi sö dông c¸c sè liÖu trong b¶ng (11-1) ®èi víi tr­êng hîp c¸c “lç mÐp d­íi s¸t ®¸y” th× ph¶i hiÓu lµ s¸t ®¸y phÝa th­îng l­u lç, cßn sau lç th× dßng ch¶y r¬i tôt xuèng, vÝ dô bËc n­íc (h×nh 11-9b), nghÜa lµ dßng ch¶y sau lç ¶nh h­ëng kh«ng ®¸ng kÓ tíi dßng ch¶y qua lç. NÕu mÐp lç s¸t ®¸y mµ ®¸y b»ng (h×nh 11-10) th× dßng h¹ l­u cã ¶nh h­ëng nhiÒu ®Õn dßng ch¶y qua lç; tr­êng hîp nµy kh«ng thÓ dïng theo b¶ng (11-1) ®­îc, v× hÖ sè kh¸c ®i nhiÒu. VÊn ®Ò nµy sÏ ®ùoc nghiªn cøu tiÕp trong phÇn d­íi ®©y. VÝ dô: Mét bËc n­íc ë trªn kªnh cã c¸nh cöa ph¼ng ®Ó ®iÒu tiÕt (h×nh 11- 9b), khÈu ®ä b=5m. NÕu ®é s©u n­íc trong kªnh th­îng l­u h= 4m mµ c¸nh cöa më víi ®é më e= 1,5m th× l­u l­îng qua bËc nµy b»ng bao nhiªu? BiÕt r»ng mùc n­íc sau bËc thÊp h¬n mÆt bËc. Cho V0=1,4m/s. a 1,5 Gi¶i: Ta tÝnh H=h-  4   3,25m . 2 2 e 1,5 ë ®©y e=1,5;   0,1 do vËy ph¶i tÝnh theo lç lín. Theo ®Çu bµi th× H 3,25 dßng ch¶y qua lç nµy kh«ng bÞ ngËp, v× thÕ dïng c«ng thøc; Q  . 2 gH 0  .v 02 1,1.1,4 2 H0  H   3,25   3,36m ; ω=ab=1,5.5=7,5m2. 2g 2.9,81 Theo ®iÒu kiÖn ®Çu bµi cã thÓ lÊy =0,70 Q  0,70.7,5.4,43 3,36  42,6m 3 / s dßng ch¶y d­íi c¸nh cöa cèng I. nh÷ng kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ dßng ch¶y d­íi c¸nh cöa cèng 1. Kh¸i niÖm: Lo¹i c«ng tr×nh th­êng hay gÆp trong thùc tÕ lµ c¸c lo¹i cèng c¸nh ph¼ng hoÆc h×nh cung ®ãng më b»ng c¸ch h¹ xuèng, kÐo lªn, cöa cèng h×nh ch÷ nhËt, cao tr×nh ®¸y cèng b»ng cao tr×nh ®¸y kªnh (h×nh 11-7)/GT.  Trang: 61
  11. .v²0/2g Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi H0 H NÕu c¸nh cöa cèng kÐo lªn khái c hb mÆt n­íc th­îng l­u (mÐp d­íi c¸nh a cöa kh«ng ch¹m mÆt n­íc) th× cèng hc c ®­îc xem lµ ®Ëp trµn ®Ønh réng kh«ng cã ng­ìng (P 1=P=0); néi dung tÝnh to¸n Hình 11-7 dßng ch¶y nµy ®· tr×nh bµy ë ch­¬ng Sô ñoà doøng chaûy döôùi caùnh cöû a coá ng 10. NÕu c¸nh cöa cèng kh«ng më hÕt (h×nh 11-7)/GT th× dßng ch¶y qua cèng lóc nµy ph¶i xem lµ dßng ch¶y qua lç (v× vËy tr­êng hîp nµy cßn gäi lµ dßng ch¶y qua lç cèng). 2. C¸c th«ng sè tÝnh to¸n: §Ó tiÖn nghiªn cøu, chóng ta h·y dïng c¸c ký hiÖu nh­ ®· ghi trªn h×nh (II-II); trong ®ã: H- cét n­íc tr­íc lç cèng, tÝnh tõ mÆt n­íc th­îng l­u ®Õn mÆt ®¸y cèng: H0=H+  .v02 / 2 g . a- ®é më c¸nh cöa cèng (gäi t¾t lµ ®é më cèng). b- chiÒu réng n­íc ch¶y (khÈu ®é hoÆc th«ng thuû). hc- ®é s©u dßng ch¶y t¹i mÆt c¾t co hÑp C-C. NÕu quan niÖm hc lµ ®é s©u tr­íc n­íc nh¶y th× ®é s©u liªn hiÖp víi hc sau n­íc nh¶y lµ hc" . hb- ®é s©u dßng ch¶y b×nh th­êng ë h¹ l­u cèng. HiÖn t­îng co hÑp dßng ch¶y qua lç cèng ph¸t sinh chñ yÕu theo chiÒu th¼ng ®øng vµ ë phÝa trªn (mÐp trªn cña lç); së dÜ nh­ vËy v× ë d­íi mÐp tia dßng ®i th¼ng; co hÑp ngang ë hai mÐp bªn cã thÓ cã nÕu b
  12. Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi Dßng ch¶y ë h¹ l­u cèng cã ¶nh h­ëng tíi dßng ch¶y qua lç cèng, v× ®¸y cèng ngang b»ng ®¸y kªnh h¹ l­u, dßng ch¶y ngay sau khi qua mÐp lç ®· ph¶i nèi víi dßng h¹ l­u, kh«ng cã ®iÒu kiÖn r¬i tù do (trõ tr­êng hîp lóc b¾t ®Çu më cèng mµ sau cèng kh«ng cã n­íc). 3. Ph©n lo¹i c¸c tr¹ng th¸i ch¶y: H×nh thøc nèi tiÕp dßng ch¶y qua lç cèng víi dßng ch¶y h¹ l­u sÏ quyÕt ®Þnh h×nh thøc ch¶y qua lç cèng. V× thÕ sau ®©y chóng ta xÐt thªm vÒ c¸c h×nh thøc nèi tiÕp ®ã. NÕu dßng ch¶y ë tiÕt diÖn co hÑp sau lç cèng lµ dßng ch¶y xiÕt (hhpg), th× ë ®©y sÏ cã sù nèi tiÕp dßng ch¶y b»ng n­íc nh¶y. Khi: hc > hb Th× dßng ch¶y ra khái lç sÏ ch¶y xiÕt mét ®o¹n, ®­êng mÆt n­íc ch¶y ra khái ®o¹n nµy cã d¹ng C1, sau ®ã th«ng qua n­íc nh¶y hoµn chØnh ®Ó nèi tiÕp víi dßng ®Õn h¹ l­u (h×nh 11-7). Trong tr­êng hîp nµy lµ dßng ch¶y tù do. NÕu ®é s©u dßng h¹ l­u cèng t¨ng lªn ®Õn møc hc” > hb th× n­íc ë h¹ l­u x« vÒ phÝa cöa cèng, ®Ì ngËp mÆt c¾t co hÑp, hiÖn t­îng n­íc nh¶y hoµn chØnh kh«ng cßn n÷a mµ chØ cßn lµ vïng n­íc ch¶y cuén cã ®é s©u t­¬ng øng lµ hz; hc< hz hb ViÕt ph­¬ng tr×nh Becnuli t¹i mÆt c¾t 1- 1 vµ C – C víi mÆt chuÈn O- O h×nh (11- 11) vµ sau khi biÕn ®æi, sÏ cã c«ng thøc tÝnh l­u tèc t¹i mÆt c¾t co hÑp C- C lµ vc sau ®©y : vc   2 g  H o  H c  (10-20) i Trong ®ã  - hÖ sè l­u tèc  c   2 vo Ho  H  2g  Trang: 63
  13. Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi Vµ l­u l­îng ch¶y qua lç cèng lµ : Q   c vc  hc .b. . 2 g  H o  hc  (10-20) hay Q   . '.ab 2 g H o  hc  §Æt    . ' - HÖ sè l­u l­îng, th×: Q  ab 2 g H o  hc  (10-21) a Trong c¸c c«ng thøc trªn   0,95  0,97 ;  '  f   lÊy theo b¶ng (11- 2) H 2) Dßng ch¶y ngËp cã n­íc nh¶y ngËp: Tiªu chuÈn x¸c ®Þnh dßng nh¶y ngËp cã n­íc nh¶y ngËp lµ hc” < hb vµ hc 0,67 hpg Trong ®ã: 2  M M hz  hb  M  H o    (10-22)  4  2 hb  hc M  4 2 a 2 (10-23) hb hc C«ng thøc tÝnh l­u l­îng trong tr­êng hîp nµy cã d¹ng: Q  ab 2 g H 0  hz  (10-24) ë ®©y ε’, vÉn x¸c ®Þnh nh­ tr­êng hîp ch¶y tù do. 3. Dßng ch¶y ªm hoÆc cã n­íc nh¶y h×nh sãng (coi nh­ ch¶y ªm): Tiªu chuÈn ®Ó x¸c ®Þnh dßng ch¶y ªm hoÆc cã n­íc nh¶y h×nh sãng lµ: a a  0,80 hoÆc nÕu  0,80 th× Z 0  0,67h pg . H H C«ng thøc tÝnh l­u l­îng trong tr­êng hîp nµy cã d¹ng: Q  .a.b. 2g(H0 - h b )  .a.b 2gZ0 . (10-25) Tr­êng hîp nµy ε’ kh«ng phô thuéc a/H, do ®ã cã thÓ lÊy: =0,65÷0,70  Trang: 64
  14. Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi Chó ý: C¸c c«ng thøc tÝnh l­u l­îng nãi trªn [(11-21); (11-14); (11-25)] ®Ò ch­a kÓ tíi ¶nh h­êng co hÑp ngang. NÕu cã th× nh©n thªm hÖ sè co hÑp ngang ε n vµo c«ng thøc víi ε n = 0,90÷1,0. 3.®o ®¹c vµ tÝnh to¸n l­u l­¬ng qua cèng hë Khi tÝnh to¸n thuû lùc dßng ch¶y qua lç cèng b»ng c¸c c«ng thøc ®· nãi trªn th× th­êng gÆp hai lo¹i bµi to¸n chÝnh sau ®©y: 1. TÝnh l­u l­îng Q qua cèng 2. TÝnh ®é më a cña c¸nh cöa cèng Gi¶i nh÷ng bµi to¸n lo¹i nµy gÆp nhiÒu khã kh¨n, v× ®a sè c¸c bµi to¸n ®Òu gÆp sè Èn nhiÒu h¬n sè ph­¬ng tr×nh cã thÓ lËp ®­îc. V× thÕ trong thùc hµnh ng­êi ta ®· ®­a ra nhiÒu ph­¬ng ph¸p gi¶i kh¸c nhau; ë ®©y sÏ chØ nãi mét sè ph­¬ng ph¸p th«ng dông nhÊt. Bµi to¸n 1: TÝnh l­u l­îng Q nÕu ®· biÕt b cét n­íc th­îng h¹ l­u H, hb (hoÆc mùc n­íc th­îng h¹ l­u) vµ ®é më cèng a. Bµi to¸n nµy ®­îc gi¶i theo tr×nh tù sau ®©y: 1) XÐt h×nh thøc n­íc ch¶y vµ chän c«ng thøc – c¨n cø tiªu chuÈn vÒ h×nh thøc ch¶y nÕu a/H > 0,80 hoÆc a/H = 0,80 th× dßng ch¶y qua cèng ch¾c ch¾n lµ ch¶y ªm; tr­êng hîp nµy chØ dïng c«ng thøc (11-25). NÕu a/H < 0,80 th× dßng ch¶y cã thÓ lµ tù do, cã thÓ lµ ch¶y ngËp. Tuy nhiªn trong tr­êng hîp nµy v× ch­a cã Q nªn ch­a thÓ tÝnh ®­îc hc” vµ hpg ®Ó x¸t tiªu chuÈn h×nh thøc ch¶y; do ®ã sÏ ph¶i gi¶ thiÕt mét h×nh thøc ch¶y nµo ®ã råi chän c«ng thøc phï hîp ®Ó tÝnh to¸n (khi gi¶ thiÕt th× nªn chó ý tíi Z = H – hb, nÕu Z lín th× nªn gi¶ thiÕt lµ ch¶y tù do, nÕu Z nhá h¬n th× nªn gi¶ thiÕt lµ ch¶y ngËp, tr­êng hîp nÕu Z nhá h¬n n÷a th× cã thÓ gi¶ thiÕt lµ n­íc ch¶y ªm). 2) TÝnh l­u l­îng Q b»ng c«ng thøc phï hîp víi h×nh thøc ch¶y ®· gi¶ thiÕt. 3) KiÓm tra gi¶ thiÕt- b©y giê ®· cã Q nªn cã thÓ tÝnh ®­îc q=Q/b, hc” liªn hiÖp víi hc (Xem ch­¬ng 9 § 9-4) vµ hpg (xem ch­¬ng 7 §7); Tõ ®ã ®èi chiÕu víi c¸c tiªu chuÈn ch¶y ®Ó kiÓm tra gi¶ thiÕt, nÕu: hc” > hb – dßng ch¶y tù do hc” < hb vµ hc < hz < h b hoÆc hc” < hb vµ Z0 > 0,67hpg – ch¶y ngËp cã n­íc nh¶y ngËp.  Trang: 65
  15. Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi a  0,80, Z0  0,67h pg - ch¶y ªm (trõ tr­êng hîp a/H≥0,80 ®· nãi trªn). H NÕu kiÓm tra thÊy h×nh thøc ch¶y ®óng víi gi¶ thiÕt ban ®Çu th× bµi to¸n gi¶i nh­ thÕ lµ ®­îc; NÕu sai th× ph¶i gi¶i l¹i bµi to¸n tõ ®Çu. Khi gi¶i l¹i bµi to¸n lÇn nµy th× dïng ngay h×nh thøc ch¶y võa x¸c ®Þnh trong kiÓm tra ®Ó chän c«ng thøc tÝnh to¸n. th«ng th­êng th× bµi to¸n chØ lµm ®Õn lÇn nµy lµ xong, kh«ng cÇn kiÓm tra l¹i n÷a. VÝ dô 1: TÝnh l­u l­îng dßng n­íc ch¶y qua cèng, biÕt n­íc th­îng l­u s©u 2,0 m, h¹ l­u s©u 1,2 m, l­u tèc dßng th­îng l­u 0,75m/s; cèng cã khÈu ®é b = 3,0 m, ®é më a = 0,70 m, lÊy ; kh«ng cã co hÑp ngang (εn’ =1) Gi¶i: a 0,75   0,35  0,80 - ch­a thÓ x¸c ®Þnh ®­îc h×nh thøc ch¶y; do ®ã ph¶i H 2 gi¶ thiÕt h×nh thøc ch¶y. Víi Z=H-hb=2,0-1,2=0,8 t­¬ng ®èi lín, v× thÕ nªn gi¶ thiÕt h×nh thøc ch¶y tù do vµ dïng c«ng thøc (11-21) ®Ó tÝnh. Q  .a.b. 2 g ( H 0  hc ) Víi a/H=0,35 tra b¶ng (11-2) cã ε’=0,628. Tõ ®Êy tÝnh ra =φ.ε’=0,97.0,628=0,537. hc=ε’.a=0,628.0,70=0,44m.  0 .v02 1.0,752 H0  H   2  2,03m 2g 19,62 Q  0,537.0,7.3. 19,62(2,03 - 0,44)  7,16m3 / s KiÓm tra gi¶ thiÕt: Q 7,16 q   2,38m3 / s . b 3 hc  8. .q 2  h "c  1  1 (1) 2  3 g .hc   0,44  8.2,382    1,42m  1  1 2  9,81.0,443   So s¸nh thÊy (hc” = 1,42 m) > (hb = 1,2 m) nh­ vËy ®óng lµ ch¶y tù do; bµi to¸n gi¶i nh­ trªn lµ hîp lý.  Trang: 66
  16. Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi Bµi to¸n 2: TÝnh ®é më c¸nh cöa cæng, cho biÕt cét n­íc th­îng l­u H, ®é s©u dßng b×nh th­êng hb, khÈu ®é cèng b vµ l­u l­îng qua cèng Q. Bµi to¸n lo¹i nµy kh¸ phøc t¹p, v× thÕ nªn gi¶i theo thø tù sau ®©y: 1) Tr­íc hÕt h·y t¹m gi¶ thiÕt dßng ch¶y qua cèng thuéc h×nh thøc tù do ®Ó tÝnh hc b»ng c«ng thøc (10-20’). Q  hc .b. . 2 g ( H 0  hc ) §©y lµ mét ph­¬ng tr×nh bËc cao ®èi víi hc, do ®ã cã thÓ gi¶i b»ng c¸ch thö dÇn. Tuy nhiªn nªn dïng b¶ng tÝnh s½n cña Agr«xkin ®Ó gi¶i, muèn thÕ ph¶i biÕn ®æi c«ng thøc (11-21’) nh­ sau: hc Q   .hc .b. 2 g ( H 0  H c )   .hc .b. 2 gH 0 (1  ) (a) H0 (1)- cã thÓ tÝnh h” b»ng c¸ch tra b¶ng III. §­a H0 ra ngoµi c¨n vµ nh©n víi 1=H0/H0 vµo vÕ ph¶i cña (a) sÏ ®­îc: hc 1  h  Q  . .H 0 .H 0 2 .b. 2 g 1  c  H0  H0  3 hc  h    .b.H 0 2 2 g 1  c  (b) H0  H0  Q hc  h  Tõ (b) sÏ cã: 3  2 g 1  c   .b.H 0 2 H0  H0  q hc  h  hay 3  2 g 1  c  (c)  .H 0 2 H0  H0  §Æt  c  hc / H 0 vµ thay vµo (c) sÏ ®­îc: q 3   c . 2 g (1   c )   ( c ) (10-26)  .H 0 2 Agr«xkin ®· tÝnh s½n hµm sè  ( c ) theo (11-26) vµ lËp thµnh b¶ng (phô lôc 3 IX). Tõ b¶ng nµy, nÕu biÕt  ( ) = q /  .H 0 2 th× tra ®­îc  c ; ®ång thêi víi φ t­¬ng c øng còng tra ®­îc  c" (còng quy ­íc  c  hc" / H 0 ). Cuèi cïng tÝnh ra: h c   c .H0  Trang: 67
  17. Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi h "c   c .H0 2. KiÓm tra gi¶ thiÕt vµ tÝnh ®é më a: ë b­íc 1 chóng ta ®· gi¶ thiÕt h×nh thøc ch¶y tù do ®Ó tÝnh hc vµ hc" . B©y giê ph¶i kiÓm tra xem gi¶ thiÕt Êy cã ®óng kh«ng, råi tõ ®ã sÏ tÝnh a. Trong b­íc nµy cã thÓ gÆp c¸c tr­êng hîp sau ®©y: a) NÕu hc"  hc ( hc" tÝnh ë b­íc 1): Th× gi¶ thiÕt ch¶y tù do nh­ trªn lµ ®óng, hc a vµ tõ ®ã cã thÓ tÝnh: a  (1-27). Tuy nhiªn  '  f   , v× thÕ kh«ng thÓ gi¶i  ' H trùc tiÕp (11-27) ®Ó t×m a ®­îc mµ ph¶i gi¶i b»ng c¸ch thö dÇn hoÆc dïng b¶ng tÝnh s½n (b¶ng11-3); dïng b¶ng tÝnh s½n (11-3) th­êng thuËn tiÖn h¬n. Trong 3 b¶ng (11-3) cã quan hÖ a/H, ε’, Φ(  c ) vµ  c , nh­ vËy chØ cÇn tÝnh Φ(  c )= q /  .H 0 2 th× sÏ tra ®­îc ε’ hoÆc a/H, tõ ®ã tÝnh ra a= hc /  ' , hoÆc a=H x trÞ sè tra ®­îc. Sau khi tÝnh ®­îc a, cÇn thö l¹i a/H: NÕu a/H < 0,80 th× bµi to¸n gi¶i nh­ trªn lµ ®óng; nÕu a/H ≥ 0,80 th× bµi to¸n gi¶i nh­ trªn kh«ng ®óng n÷a, tr­êng hîp nµy dßng ch¶y thuéc h×nh thøc ch¶y ªm, do ®ã ph¶i tÝnh a b»ng c«ng thøc (11-25). Q a víi =0,65÷0,70 .b. 2 gZ 0 b) NÕu hc0,67hpg th× dßng ch¶y thuéc h×nh thøc ch¶y ngËp vµ cã n­íc nh¶y ngËp, do ®ã ph¶i dïng c¸c c«ng thøc (10-22), (10-23) vµ (10-24) ®Ó tÝnh a; tr­êng hîp nµy l¹i gi¶i theo c¸ch thö dÇn: cho mét gi¸ trÞ sè a, sÏ tÝnh ®­îc M theo (10-23), hZ theo (10-24) råi Q theo (10-24); cø lµm nh­ thÕ víi nhiÒu gi¸ trÞ a cho ®Õn khi nµo t×m ®­îc gi¸ trÞ Q b»ng hoÆc xÊp xØ trÞ sè Q ®· cho th× trÞ sè a t­¬ng øng Êy lµ ®¸p sè. Tuy nhiªn còng cÇn biÕt r»ng viÖc gi¶i bµi to¸n lo¹i hai theo hai b­íc nh­ ®· tr×nh bµy, nãi chung chØ cho kÕt qu¶ t­¬ng ®èi, bëi v× chóng ta ®· b¾t ®Çu b»ng mét h×nh thøc ch­a ch¾c ch¾n ®Ó tÝnh to¸n kiÓm tra vµ tÝnh ra a. Nh­ng trong thùc tÕ th× phÇn lín c¸c tr­êng hîp thiÕt kÕ cèng ®Òu ®­îc phÐp tÝnh thuû lùc nh­ ®· nãi. Tr­êng hîp c¸ biÖt, nÕu muèn tÝnh to¸n kü h¬n th× sau khi cã a sÏ lµm l¹i bµi to¸n tõ ®Çu mét lÇn n÷a. Xem Quan hÖ a/H, ε’, Φ(  0 ) vµ  c b¶ng 11- 3/GT  Trang: 68
  18. Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi VÝ dô 2: TÝnh ®é më a cña c¸nh cöa cèng, biÕt Q=5m3/s, H0=2,58m, hb=1,30m, b=2,50m, φ=0,95. Gi¶i: Gi¶ thiÕt h×nh thøc ch¶y tù do ®Ó tÝnh hc’ ;hc ” b»ng c¸ch dïng b¶ng tÝnh s½n cña Agr«xkin (phô lôc IX) nh­ sau: Q 5,00 q   2,00m 2 / s . b 2,50 q 2   c   3  3  0,507 .  .H 0 2 0,95(2,58) 2 Tra b¶ng IX phô lôc ®­îc:  c  0,124,  c"  0,568 . Do ®ã: hc   c .H 0  0,124.2,58  0,32m . hc"   c" .H 0  0,568.2,58  1,465m . So s¸nh thÊy ( hc"  1,465m ) >( hb  1,30m ); vËy lµ dßng ch¶y tù do. Tõ ®ã tÝnh ra a nh­ sau: Víi Φ(  c )=0,507 tra b¶ng (11=3) ®­îc ε’=0,6199. hc 0,320 a '   0,515m .  0,6199 Thö l¹i a/H. LÊy gÇn ®óng H0≈H=2,58m. a 0,515   0,1995  0,80 H 2,58 VËy phÐp to¸n trªn lµ ®óng. VÝ dô 2b: TÝnh ®é më a, biÕt Q=2,25m3/s, H0=2,5m, hb=2,0m, b=4,3m, φ=0,95. Gi¶i: Ta gi¶ thiÕt lµ ch¶y tù do ®Ó tÝnh hc vµ hc" . Q 2,25 q   0,523m 2 / s . b 4,3 q 0,523 Φ(  c ) = 3  3  0,143 .  .H 0 2 0,95.2,5 2 Tra b¶ng IX phô lôc ®­îc  C" =0,323; tÝnh ra  Trang: 69
  19. Trường Cao Đẳng Nghề Nam Định Khoa Thuỷ Lợi h "c   C" .H 0  0,323.2,5  0,80m . So s¸nh thÊy ( h "c  0,80m )

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản