zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Khoa Học Tự Nhiên

» Môi trường

Nghiên cứu ảnh hưởng vật cản tới dòng chảy bằng mô hình số trị và thực nghiệm

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

Báo xấu

8
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Nghiên cứu ảnh hưởng vật cản tới dòng chảy bằng mô hình số trị và thực nghiệm được thực hiện với mục đích xây dựng một chương trình tính toán dựa trên phương pháp thể tích hữu hạn (FVM). Bên cạnh đó, thực nghiệm ở trong phòng Thí nghiệm Thủy lực Trường Đại học Thủy lợi để đánh giá sự ảnh hưởng của vật cản, cụm vật cản dạng ngập hoặc không bị ngập tới các đặc trưng của dòng chảy như mực nước, vận tốc.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu ảnh hưởng vật cản tới dòng chảy bằng mô hình số trị và thực nghiệm

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2016. ISBN : 978-604-82-1980-2 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG VẬT CẢN TỚI DÒNG CHẢY BẰNG MÔ HÌNH SỐ TRỊ VÀ THỰC NGHIỆM Lê Thu Hiền1, Nguyễn Thị Hảo, Nguyễn Tuấn Linh Trường Đại học Thủy lợi 1. GIỚI THIỆU CHUNG lưới Cartersian (Le, 2015). Mô hình số trị Việc đánh giá ảnh hưởng của các vật cản này đã được kiểm định thỏa mãn tính ổn trong tính toán lan truyền lũ hay ảnh hưởng định, cho nghiệm đúng đắn khi có điều của mố nhám trên tràn, dốc nước, bể tiêu kiện khô ướt, tính bảo toàn khối lượng năng, tới dòng chảy luôn được coi là những chính xác (C-property) hay khả năng “bắt” bài toán thủy lực khó. Những năm gần đây, các sóng gián đoạn. phương pháp số và thực nghiệm được coi là Thiết lập một thí nghiệm để đánh giá ảnh các phương pháp hữu hiệu để mô phỏng và hưởng của một vật cản có kích thước xác định chi tiết, chính xác đặc điểm của 10cm×10cm×5cm đặt chính giữa máng tới dòng chảy trong trường hợp lòng dẫn có các dòng chảy ổn định thông qua giá trị mực vật cản. Sandra and Zech (2008) kết hợp cả nước và lưu tốc khi có và không có vật cản. thực nghiệm và phương pháp số để mô tả ảnh Sau đó dùng mô hình số trị trên để mô phỏng hưởng của sóng vỡ đập tới một “ideal city” lại thí nghiệm này trong cả hai trường hợp. thông qua các giá trị mực nước, lưu tốc tại các điểm quan trắc. Phạm (2014) kết hợp 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU giữa thực nghiệm với mô hình thương mại 3.1. Ảnh hưởng của một dãy mố FLOW 3D để tìm ra kích thước hợp lý của Thí nghiệm ở phòng thí nghiệm Thủy lực: mố tiêu năng. Tuy nhiên, ở Việt nam chưa có Máng thí nghiệm dài 12m, độ dốc đáy nhiều công trình công bố về việc tự xây dựng máng So=0; chiều rộng b=0.3m; chiều cao một chương trình tính dựa trên mô hình toán d=0.5m. Nước được cấp vào máng qua một để giải các bài toán này. Vì vậy, đề tài được máy bơm ở đầu máng. Trên máng có một đập thực hiện với mục đích xây dựng một chương tràn đỉnh rộng có chiều cao P=P1=0.095m. trình tính toán dựa trên phương pháp thể tích Một cửa van phẳng đặt trên thân đập tràn có hữu hạn (FVM). Bên cạnh đó, thực nghiệm ở tác dụng điều chỉnh lưu lượng dòng chảy trên trong phòng Thí nghiệm Thủy lực Trường máng. Máng lường phía dưới có một đập tràn Đại học Thủy lợi để đánh giá sự ảnh hưởng thành mỏng cửa tam giác vuông cân để đo của vật cản, cụm vật cản dạng ngập hoặc không bị ngập tới các đặc trưng của dòng lưu lượng theo công thức Q = 1,4.H Δ / 2 với HΔ 5 chảy như mực nước, vận tốc. Sau đó áp dụng là cột nước trước tràn. G1, G2, G3 là các điểm nghiên cứu ảnh hưởng của mố nhám tới dòng đo vận tốc và mực nước được lấy ở chính chảy trên dốc nước Hốc Xoài, Quảng Ngãi. giữa lòng máng (Hình 1). Khi dòng chảy trên máng là ổn định, tiến 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU hành đo đạc tại mặt cắt co hẹp c-c ở chân đập Phương pháp thể tích hữu hạn với xấp xỉ tràn, tại các điểm quan trắc và HΔ trong 2 thông lượng bằng phương pháp Roe (Roe, trường hợp: không có vật cản và có vật cản. 1981) được sử dụng để giải hệ phương Thí nghiệm này được thực hiện nhiều lần với trình nước nông phi tuyến (NSWE) trên các giá trị HΔ khác nhau hay các cấp lưu 341
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2016. ISBN : 978-604-82-1980-2 lượng khác nhau. Bảng 1 thể hiện kết quả thí Mực nước ban đầu ở thượng và hạ lưu cửa nghiệm thực đo ứng với HΔ=17cm. Mặt khác, van lần lượt là 0.4m và 0.011m. Kênh hạ lưu lập miền tính toán để xuất ra kết quả bằng mô bố trí 25 vật chắn không ngập có kích thước hình số trị với hai trường hợp trên (Hình 1). 0.3m×0.3m, đặt cách nhau 0.1m (Hình 2). y Số liệu tại biên trên x=0 lấy tại mặt cắt co hẹp c-c: hc và qcx = Q/b; qcy=0; với qcx; qcy là lưu lượng đơn vị theo các phương x và y; biên dưới là biên mở. Hệ số nhám Maning x n=0.007. Kết quả tính toán mực nước lưu tốc tại các điểm đo này được trình bày trong Bảng 1 cho Hình 2: Sơ đồ thí nghiệm thấy sự hợp lý giữa kết quả thực đo và tính toán. Do ảnh hưởng của vật cản mà độ sâu mực nước trước vật cản dâng lên cao gần 6.0cm so với trường hợp không có. Bên cạnh đó, giá trị lưu tốc tại G2 (trước vật cản) trường hợp có vật cản lại nhỏ hơn rất nhiều Hình 3: Dòng chảy qua cụm vật cản lúc t=5s khi không có vật cản. Miền tính toán được chia lưới Δx×Δy = 0.025m×0.025m. Hình ảnh 3D của sóng vỡ đập lan truyền tới cụm vật chắn và bị dềnh lên trên máng lúc t=5s được thể hiện trên Hình 3 rất phù hợp với kết quả của Sandra and Zech. Kết quả so sánh giữa thực nghiệm và tính toán sự biến đổi mực nước, lưu tốc tại y =2.0m Hình 1: Sơ đồ miền tính toán từ x=11.5m đến x=15.5m tại các thời điểm: Bảng 1. Kết quả thực đo và tính toán t=4s và 6s được thể hiện trên Hình 4 và 5 cho thấy có sự phù hợp tương đối giữa thực đo và Điểm Thí nghiệm Tính toán tính toán. Điều đó cho thấy mô hình toán lựa HΔ = đo h V h (cm) V chọn hoàn toàn phù hợp để mô phỏng dòng 17cm (cm) (m/s) (m/s) chảy chịu ảnh hưởng của vật chắn. Không G1 3.6 3.49 Bên cạnh đó, so sánh quá trình mực nước vật cản G2 4.9 1.25 4.79 1.280 và lưu tốc trong trường hợp có và không có G3 5.2 1.22 4.98 1.253 vật chắn cho thấy: do ảnh hưởng của vật cản Có vật G1 3.6 3.57 mà mực nước khi có vật cản lớn hơn nhiều, cản G2 11.1 0.37 11.09 0.392 trong khi vận tốc lại có xu thế ngược lại. water depth(m) G3 6.0 0.45 5.85 0.439 0.2 t=4s simulation(building) experiment 3.2. Ảnh hưởng của nhiều dãy mố 0.1 simulation(no building) Kênh dẫn đáy bằng dài 36m và rộng 3.6m, 0 hệ số nhám Maning n=0.01. 12 13 X(m) 14 15 Một thí nghiệm được mô tả trong (Sandra water depth(m) 0.2 and Zech, 2008) được lựa chọn nhằm đánh 0.1 giá khả năng mô phỏng ảnh hưởng của cụm vật cản tới dòng chảy do vỡ đập của mô hình 0 12 13 X(m) 14 15 số trị. Trên kênh bố trí một cửa chắn nước tạo Hình 4: Quá trình mực nước tại y=2.0m; thành bể chứa. x=(11.5m÷15.5m) lúc t= 4s; 6s 342
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2016. ISBN : 978-604-82-1980-2 t=4s Hình 6 cho thấy, do ảnh hưởng của tường velocity(m/s) 2 simulation(building) experiment 1 simulation(no building) cánh đoạn thu hẹp mà trên dốc xuất hiện các sóng xiên. Mặt khác, do ảnh hưởng của các mố 0 12 13 X(m) 14 15 nhám này mà vận tốc dòng chảy ở cuối dốc giảm đi đáng kể (Hình 7). Tuy nhiên, cũng do velocity(m/s) 2 ảnh hưởng của mố nhám mà dòng chảy trên 1 tràn bị dềnh cục bộ tại các vị trí này. 0 12 13 X(m) 14 15 4. KẾT LUẬN Hình 5: Quá trình vận tốc tại y=2.0m; Tính hiệu quả của mô hình toán đã chọn để x=(11.5m÷15.5m) lúc t= 4s;6s giải bài toán này được kiểm chứng bằng sự 3.3. Ảnh hưởng của các mố nhám hợp lý của các kết quả tính toán mực nước, lưu tốc trong (Sandra and Zech, 2008) với giá Cụm công trình đầu mối Hốc Xoài được trị thực đo. xây dựng trên suối Tó, trong địa phận xã Mặt khác, sự phù hợp này còn được nhìn Nghĩa Thọ, huyện Tư Nghĩa tỉnh Quảng thấy trong thí nghiệm ảnh hưởng của vật cản Ngãi. Hồ có tràn xả lũ có chiều dài 80m, độ ngập tới dòng chảy ổn định. Trong trường dốc 10%, hệ số nhám Manning n=0.017. hợp có vật cản, mực nước trước vật cản lớn Đoạn thu hẹp đầu dốc có bề rộng B=25m, dài hơn nhưng lưu tốc lại bé hơn so với trường 20m, đoạn không thu hẹp có bề rộng b=15m. hợp không có vật cản. Cuối cùng, ứng dụng Với lưu lượng kiểm tra Q=199.58m3/s, lưu chương trình tính để nghiên cứu ảnh hưởng tốc tại cuối dốc lên đến gần 15m/s, vì vậy các của các mố nhám tới sự thay đổi mực nước, tác giả đề xuất đặt các mố nhám hình chữ lưu tốc trên dốc nước của hồ chứa Hốc Xoài, nhật có kích thước 1.0m×1.0m×0.5m cách Quảng Ngãi do ảnh hưởng của các mố nhám. nhau 2.5m đặt so le nhau ở 20m cuối dốc. 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Thị Thu Hiền (2015). Ứng dụng phương pháp số giải bài toán sóng gián đoạn trong tính toán thủy lực khi đập bê tông vỡ. Tạp chí Thủy lợi và Môi trường, 46, 88-94. [2] Roe P.L (1981). Approximate Riemann Solvers, parameter vectors and difference Hình 6: Hình ảnh 3D của dòng chảy trên dốc 15 -1 schemes. J. Comput. Phys., 43, p357-372. X=70(m) [3] Phạm Văn Song (2014). Nghiên cứu cải 10 -3 thiện cống tiêu năng sau cống vùng triều có mực nước,z(m) vận tốc,v(m/s) Có vật cản(v) Không vật cản(v) Không vật cản(z) khẩu độ lớn- áp dụng cho trường hợp cống 5 Có vật cản (z) -5 Thủ Độ. Tạp chí Thủy lợi và Môi trường, 46. 19-26. 0 0 5 10 Y(m) 15 20 25 -7 [4] Sandra Soares-Frazao; Yves Zech (2008). Dam-break flow through an idealized city. J. Hình 7: Phân bố mực nước và lưu tốc tại mặt Hydraulic Research, 46(5), 648–658. cắt x=70m khi có và không có mố nhám 343

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

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.