1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
Nguyễn Đức Hạnh
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỦY ĐỘNG LỰC BA
CHIỀU TÍNH TOÁN TRƯỜNG DÒNG CHẢY XUNG QUANH CÁC
CÔNG TRÌNH THỦY LỰC PHỨC TẠP
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội – Năm 2013
2
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
Nguyễn Đức Hạnh
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỦY ĐỘNG LỰC BA
CHIỀU TÍNH TOÁN TRƯỜNG DÒNG CHẢY XUNG QUANH
CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỰC PHỨC TẠP
Chuyên ngành: Thủy văn học
Mã số: 60440224
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN KIÊN DŨNG
Hà Nội – Năm 2013
3
MỤC LỤC
Chương 1 - TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH BA CHIỀU TÍNH
TOÁN TRƯỜNG DÒNG CHẢY............................................................................. 9
1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu trường dòng chảy ba chiều xung quanh
các công trình thủy lực ............................................................................................ 9
1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu trường dòng chảy ba chiều trong đoạn
sông cong .............................................................................................................. 14
Chương 2 – XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỦY ĐỘNG LỰC BA CHIỀU TÍNH
TOÁN TRƯỜNG DÒNG CHẢY XUNG QUANH CÔNG TRÌNH THỦY LỰC
PHỨC TẠP .............................................................................................................. 18
2.1. Hệ phương trình cơ bản và triển khai ........................................................ 18
2.2. Thuật toán và phương pháp giải ................................................................ 24
2.2.1. Mô hình nguyên gốc của Hosoda ................................................. 24
2.2.2. Chỉnh sửa mô hình để có thể chạy với trường hợp kè hoàn lưu và
kè chảy ngập ...................................................................................................... 30
2.2.2. Sơ đồ khối mô hình ...................................................................... 31
2.2.3. Chương trình tính toán ................................................................. 32
Chương 3 – MỘT SỐ KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH VỚI CÁC
CÔNG TRÌNH THỦY LỰC PHỨC TẠP ............................................................. 43
3.1. Thử nghiệm mô hình với thí nghiệm đoạn sông thẳng có công trình ....... 43
3.1.1. Thử nghiệm với thí nghiệm số ..................................................... 43
3.1.2. Thử nghiệm với thí nghiệm vật lý của Tominaga ........................ 47
3.2. Thử nghiệm mô hình với thí nghiệm vật lý đoạn sông cong có công trình
............................................................................................................................... 55
3.2.1. Thí nghiệm vật lý ......................................................................... 55
4
3.2.2. Kết quả kiểm nghiệm ................................................................... 57
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 63
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 66
5
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1. Mô tả thí nghiệm của Munita và Shimizu (1994) trên mặt bằng (hình có
tính minh họa không chính xác về tỷ lệ) ................................................................... 26
Hình 2. Minh họa lưới tính toán sử dụng trong mô hình ......................................... 27
Hình 3. Trường vận tốc theo mặt cắt dọc A-A thượng lưu kè mỏ hàn .................... 28
Hình 4. Trường vận tốc trên mặt cắt ngang B-B ...................................................... 28
Hình 5. Trường vận tốc trên mặt cắt ngang C-C ...................................................... 28
Hình 6. So sánh lưu tốc tính toán và thực đo trên các mặt cắt ngang a- Mặt B-B
b- Mặt C-C c- Mặt D-D ...................................................................................... 29
Hình 7. Sơ đồ khối mô hình thủy động lực ba chiều ................................................ 31
Hình 8. Mô tả kênh và công trình thực nghiệm số .................................................. 43
Hình 9. Véc tơ vận tốc trên mặt cắt dọc tại mũi kè (a) và tại thân kè (b) ................ 44
Hình 10. Véc tơ vận tốc trên mặt ngang tại độ sâu (a) giữa thân kè và (b) trên mặt
nước ........................................................................................................................... 44
Hình 11. Véc tơ vận tốc trên mặt cắt dọc tại (a) mũi kè và (b) giữa thân kè .......... 45
Hình 12. Véc tơ vận tốc trên mặt ngang tại độ sâu (a) giữa thân kè và (b) trên mặt
ngang sát đỉnh kè ....................................................................................................... 45
Hình 13. Véc tơ vận tốc trên mặt cắt dọc tại mũi kè (a) và giữa thân kè (b) ........... 46
Hình 14. Véc tơ vận tốc trên mặt ngang tại độ sâu (a) giữa thân kè và (b) trên mặt
ngang sát đỉnh kè ....................................................................................................... 46
Hình 15. Các thiết đặt của mô hình thí nghiệm. ....................................................... 47
Hình 16. Lưới tính toán: a) Nhìn theo mặt bằng (x-y) b) Nhìn theo mặt bên (x-z)
................................................................................................................................... 48
Hình 17. Trường véc tơ vận tốc trên mặt cắt Y. Trái: các kết quả đo đạc, Phải: các
kết quả mô phỏng ...................................................................................................... 49