zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Kiến trúc - Xây dựng

Nghiên cứu hiệu quả giảm năng lượng trong cống hộp trên đường giao thông bằng nhám gia cường

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Báo xấu

28
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nhám gia cường là một trong những giải pháp thiết kế hiệu quả được áp dụng trong nhiều công trình có lưu tốc dòng chảy lớn nhằm tăng độ sâu, giảm lưu tốc của dòng chảy. Với cống hộp trên đường giao thông có lưu tốc cửa ra lớn, trong khi không đủ diện tích ở hạ lưu để thiết kế công trình tiêu năng thì giải pháp bố trí các mố nhám gia cường ở hạ lưu cống được đặt ra. Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy lực với giải pháp bố trí nhám gia cường trong phần cuối của cống hộp.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu hiệu quả giảm năng lượng trong cống hộp trên đường giao thông bằng nhám gia cường

Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ GIẢM NĂNG LƯỢNG TRONG CỐNG HỘP TRÊN ĐƯỜNG GIAO THÔNG BẰNG NHÁM GIA CƯỜNG Nguyễn Đăng Phóng1, Hoàng Thị Minh Hải1 1 Trường Đại học Giao thông vận tải, số 3 Cầu Giấy, Hà Nội. Email: ndphong@utc.edu.vn; Tel: 0904222171 RESEARCH ON ENERGY DISSIPATION EFFECTIVENESS OF ROUGHNESS ELEMENTS IN HIGHWAY BOX CULVERTS Nguyen Dang Phong1, Hoang Thi Minh Hai1 1 University of Transport and Communications, No 3 Cau Giay Street, Hanoi, Vietnam. Tóm tắt: Nhám gia cường là một trong những giải pháp thiết kế hiệu quả được áp dụng trong nhiều công trình có lưu tốc dòng chảy lớn nhằm tăng độ sâu, giảm lưu tốc của dòng chảy. Với cống hộp trên đường giao thông có lưu tốc cửa ra lớn, trong khi không đủ diện tích ở hạ lưu để thiết kế công trình tiêu năng thì giải pháp bố trí các mố nhám gia cường ở hạ lưu cống được đặt ra. Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy lực với giải pháp bố trí nhám gia cường trong phần cuối của cống hộp. Kết quả nghiên cứu thí nghiệm mô hình cho thấy với 05 hàng mố nhám có khe hở bố trí ở cuối cống hộp sẽ làm cho động năng dòng chảy chỉ còn dưới 30% của động năng dòng chảy khi không có mố nhám. Đồng thời, nghiên cứu cũng chỉ ra khi số lượng mố nhám tăng thì hiệu quả giảm năng lượng cũng tăng nhưng tỷ lệ tăng so với việc bố trí 05 mố nhám có khe hở so le chỉ tới 10,7% (khi bố trí 20 mố nhám không có khe hở). Từ khóa: mố nhám gia cường, cống hộp, giảm lưu tốc dòng chảy, lưu tốc cửa ra của cống. Abstract: The high roughtness was one of effective disign solutions that often used on the high velocity flowing contructure to increase flow depth and reduce flow velocity. With box culverts, when high outlet velocity and not enough area to construct a stilling basin then roughness elements are sometimes a convenient way of controlling outlet velocities for culvert installations. The acticle presents the results of empirical research on physical model with the high roughtness located upstream of the outlet so the flow reattaches to the channel bed right at the outlet. Keywords: roughness elements, box culverts, reduce flow velocity, outlet velocities. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong công tác thiết kế và xây dựng cống trên đường giao thông khi vận tốc cửa ra của cống lớn hơn 6m/s để đảm bảo hạ lưu cống không bị phá hủy thì phải làm công trình tiêu năng ở hạ lưu cống. Các trường hợp ở cửa ra cống có tốc độ dòng chảy lớn hơn 6m/s thường là các cống dốc ở đường miền núi hoặc miền trung du. Trong rất nhiều trường hợp ở hạ lưu cống không thể xây dựng công trình tiêu năng được do thiếu mặt bằng (ở hạ lưu đã/sẽ có công trình xây dựng khác, do điều kiện địa hình không đủ để xây dựng, …) do vậy vấn đề giảm lưu tốc (hay động năng dòng chảy) ở -76-
Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải cửa ra được đặt ra. Một giải pháp giảm năng lượng dòng chảy hữu hiệu là xây dựng các mố nhám ngay trong thân cống, biện pháp này sẽ giảm được năng lượng dòng chảy trong cống cũng như năng lượng dòng chảy ở cửa ra, đồng thời không làm tăng thêm diện tích đất ở hạ lưu để làm công trình tiêu năng. Nhám gia cường trên thân dốc, máng phun, ... có độ dốc lớn được giới thiệu nhiều trong tài các tài liệu tham khảo [1, 2], trong đó nhám gia cường được đặt trên toàn chiều dài công trình. Do tác dụng của các mố nhám này mà độ sâu dòng chảy tăng lên, còn lưu tốc trung bình thì giảm đi. Biện pháp giảm năng lượng dòng chảy trong thân cống đã được giới thiệu trong HEC-14 [3]. Theo tài liệu này có 05 mố nhám có dạng khe hở so le nhau được đặt ở cuối cống hộp có tác dụng giảm vận tốc dòng chảy đến trên 50%. Trong bài báo này nhóm tác giả thuộc bộ môn Thủy lực – Thủy văn, trường ĐH Giao thông Vận tải trình bày kết quả nghiên cứu mô hình vật lý về hiệu quả giảm năng lượng (cụ thể là động năng) của nhám gia cường trong cống dốc. 2. MÔ HÌNH VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM 2.1. Mô hình thí nghiệm Hình 1. Sơ đồ máng thí nghiệm Cấu tạo hệ thống máng kính tuần hoàn có thể thay đổi độ dốc có: Chiều dài máng kính 5m; Chiều rộng máng kính 7.3cm; Chiều dài từ cửa cuối đến trục kích 3.3m; Kích tạo độ dốc có thể thay đổi chiều cao từ 0cm đến 15cm; Thiết bị đo lưu lượng dạng phao. Mố nhám hình chữ nhật Mố nhám có khe hở Hình 2. Dạng mố nhám dùng trong thí nghiệm. -77-
Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải Hình 3. Chi tiết mố nhám dạng có khe hở [4]. Thí nghiệm được tiến hành với 2 loại mố nhám là mố nhám hình chữ nhật và mố nhám có khe hở, cao 1cm, đặt cách nhau 10cm và thẳng góc với dòng chảy. Mố nhám dạng có khe hở có cấu tạo chi tiết như hình 3 với khoảng cách giữa các khe hở của mố nhám W2=0,5mm; bề rộng các mố nhám là W1 = 19mm với hàng mố có 03 khe hở và W1=21mm với hàng mố có 02 khe hở. Các mố nhám được gắn lên tấm nhôm nhựa Aluminium có bề rộng và chiều dài bằng bề rộng và chiều dài của máng thí nghiệm, sau đó các tấm nhôm nhựa Aluminium đã được gắn mố nhám được dán lên đáy máng thí nghiệm. Số mố nhám được lắp đặt lần lượt là 5, 10, 15 và 20 mố nhám từ cuối cống đi lên. Đồng thời để xem xét hiệu quả của các mố nhám trong việc giảm động năng của dòng chảy, tác giả tiến hành thí nghiệm với trường hợp đáy phẳng tương ứng. 2.2. Lưu lượng và độ dốc máng kính thí nghiệm Các trường hợp thí nghiệm được tiến hành với cùng 01 phương án lưu lượng lớn nhất của máng là Q=6,83m3/h (0,0019(m3/s) và 03 độ dốc máng kính thí nghiệm là 2%, 3% và 4% (độ dốc được tạo ra bằng cách nâng kính lên 66mm, 99mm và 132mm). Hình 4. Tiến hành thí nghiệm. -78-
Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải Bảng 1. Kết quả thí nghiệm và tính toán: Trường hợp đáy phẳng. S (%) h (m) A (m2) V (m/s) E (m) Fr 2 0,027 0,0019 0,975 0,048 1,906 3 0,023 0,0017 1,118 0,064 2,342 4 0,021 0,0016 1,219 0,076 2,664 TB 1,104 0,063 2,304 2.3. Nội dung thí nghiệm Sau khi lắp đặt mô hình thí nghiệm vào máng kính, tạo độ dốc cho máng kính thì tiến hành thí nghiệm với các nội dung: 1) Đo (hoặc kiểm tra) lưu lượng của máy bơm; 2) Đo chiều sâu dòng chảy dọc theo máng kính (đặc biệt đo kỹ ở phần có mố nhám). 3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Từ kết quả thí nghiệm là lưu lượng và độ sâu dòng chảy, tiến hành tính toán độ lưu tốc trung bình, động năng dòng chảy, số Froude, tỷ lệ lưu tốc, tỷ lệ động năng dòng chảy khi có và không có mố nhám. Kết quả thí nghiệm và tính toán cho trong bảng 1, 2 và 3. Bảng 2. Kết quả thí nghiệm và tính toán: TH nhám gia cường với mố nhám có khe hở. 2.1. TH 20 mố nhám S h A Vnh Vnh/Vph Enh Enh/Eph Fr 2 (%) (m) (m ) (m/s) (%) (m) (%) 2 0,054 0,0039 0,484 49,63 0,012 24,63 0,025 3 0,048 0,0035 0,540 48,25 0,015 23,29 0,021 4 0,046 0,0034 0,563 46,19 0,016 21,34 0,020 TB 0,529 48,027 0,014 23,086 0,022 2.2. TH 15 mố nhám 2 0,052 0,0038 0,499 51,17 0,013 26,19 0,024 3 0,046 0,0034 0,563 50,30 0,016 25,30 0,020 4 0,044 0,0032 0,592 48,61 0,018 23,63 0,018 TB 0,551 50,027 0,016 25,038 0,020 2.3. TH 10 mố nhám 2 0,051 0,0038 0,506 51,85 0,013 26,89 0,023 3 0,046 0,0034 0,564 50,39 0,016 25,39 0,020 4 0,045 0,0033 0,580 47,56 0,017 22,62 0,019 TB 0,550 49,932 0,015 24,964 0,021 2.4. TH 5 mố nhám 2 0,048 0,0035 0,545 55,85 0,015 31,19 0,021 3 0,044 0,0032 0,594 53,14 0,018 28,24 0,018 4 0,040 0,0029 0,654 53,67 0,022 28,80 0,016 TB 0,598 54,219 0,018 29,411 0,018 -79-
Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải Nhận xét kết quả thí nghiệm: - Với lưu lượng thí nghiệm là 0,0019(m3/s và 03 độ dốc máng kính thí nghiệm là 2%, 3% và 4% thì khi thí nghiệm với đáy phẳng dòng chảy ở trạng thái chảy xiết (Fr>1) (xem Bảng 1); Bảng 3. Kết quả thí nghiệm và tính toán TH nhám gia cường mố nhám không có khe hở. 3.1. TH 20 mố nhám S h A Vnh Vnh/Vph Enh Enh/Eph 2 Fr (%) (m) (m ) (m/s) (%) (m) (%) 2 0,058 0,0042 0,452 46,34 0,010 21,47 0,027 3 0,054 0,0039 0,481 42,98 0,012 18,48 0,025 4 0,052 0,0038 0,498 40,88 0,013 16,71 0,024 TB 0,477 43,402 0,012 18,888 0,025 3.2. TH 15 mố nhám 2 0,057 0,0041 0,458 46,97 0,011 22,06 0,027 3 0,050 0,0036 0,525 46,92 0,014 22,01 0,022 4 0,046 0,0034 0,563 46,15 0,016 21,30 0,020 TB 0,515 46,679 0,014 21,791 0,023 3.3. TH 10 mố nhám 2 0,056 0,0041 0,467 47,86 0,011 22,91 0,026 3 0,055 0,0040 0,476 42,60 0,012 18,15 0,025 4 0,049 0,0036 0,529 43,41 0,014 18,85 0,022 TB 0,491 44,626 0,012 19,969 0,024 3.4. TH 5 mố nhám 2 0,050 0,0036 0,523 53,60 0,014 28,73 0,022 3 0,047 0,0034 0,559 50,00 0,016 25,00 0,020 4 0,044 0,0032 0,598 49,04 0,018 24,05 0,018 TB 0,560 50,881 0,016 25,927 0,020 - Khi có mố nhám có khe hở, lưu tốc dòng chảy bằng từ 48,027% (20 mố nhám) đến 54,219% (05 mố nhám) so với lưu tốc khi không có mố nhám (xem Bảng 2 và Hình 5). Khi mố nhám không có khe hở, lưu tốc dòng chảy giảm nhiều hơn bằng từ 43,402% (20 mố nhám) đến 50,881% (05 mố nhám) so với lưu tốc khi không có mố nhám (xem Bảng 3 và Hình 5); - Đồng thời với việc giảm lưu tốc khi có mố nhám thì động năng dòng chảy cũng giảm tương ứng: Khi có mố nhám có khe hở động năng dòng chảy bằng từ 23,086% (20 mố nhám) đến 29,411% (05 mố nhám) so với động năng khi không có mố nhám (xem Bảng 2 và Hình 6) và khi mố nhám không có khe hở sự giảm này bằng từ 18,888% đến 25,927 (xem Bảng 3 và Hình 6); - Với cùng số mố nhám thì mố nhám không có khe hở có độ giảm lưu lốc và động năng nhiều hơn (xem Bảng 2, 3 và Hình 5, 6); - Khi số mố nhám tăng lên thì độ giảm lưu lốc và động năng cũng tăng nhưng không nhiều (xem hình 7 và 8). So với phương án làm 05 mố nhám có khe hở -80-
Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải thì hiệu quả giảm lưu tốc tương đối (tỷ số lưu tốc khi có mố nhám và không có mố nhám) thay đổi từ 3,425% (TH có 5 mố nhám không có khe hở) đến 10,934% (TH có 20 mố nhám không có khe hở) và hiệu quả giảm động năng tương đối từ 3,648% đến 10,689% (xem bảng 4). Bảng 4. So sánh hiệu quả của việc giảm lưu tốc và động năng giữa các phương án nhám gia cường với phương án có 05 mố nhám gia cường có khe hở. Độ chênh lệch tương đối giữa các PA nhám gia cường với PA có 05 mố nhám có khe hở (%) Số mố nhám Nhám có khe hở Nhám không có khe hở Vnh Enh Vnh Enh 5 0,000 0,000 3,425 3,648 10 4,355 4,569 9,683 9,570 15 4,198 4,373 7,481 7,490 20 6,230 6,379 10,934 10,689 5. KẾT LUẬN - Khi lắp đặt các mố nhám ở cuối cống hộp có tác dụng làm giảm lưu tốc dòng chảy rất nhiều (chỉ bằng khoảng 43% so với trường hợp không có mố nhám, tùy theo số mố nhám và dạng mố nhám). Đồng thời với việc giảm lưu tốc thì động năng dòng chảy cũng giảm. - Khi tăng số mố nhám lên thì độ giảm lưu tốc và động năng cũng tăng nhưng không tăng nhiều (dưới 11%) so với phương án lắp đặt 05 mố nhám có khe hở. - Như vậy việc lắp mố nhám gia cường ở cuối cống dốc thực sự mang lại hiệu quả tốt về việc giảm động năng của dòng chảy. Tuy nhiên, việc tăng mố nhám lên trên 05 mố để giảm năng lượng chưa phải là giải pháp thực sự hiệu quả. - Các kết quả của nghiên cứu này được thực hiện trong máng thí nghiệm có kích thước hạn chế, do đó để có các kết quả chính xác hơn thì nghiên cứu cần tiếp tục thực hiện ở các máng thí nghiệm có kích thước lớn. -81-
Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải Ghi chú: A – mố nhám có khe hở; B – mố nhám không có khe hở 5, 10, 15, 20 – số mố nhám; nh – có mố nhám; ph – đáy phẳng Hình 5. Lưu tốc tương đối của dòng chảy theo độ dốc Ghi chú: A – mố nhám có khe hở; B – mố nhám không có khe hở 5, 10, 15, 20 – số mố nhám; nh – có mố nhám; ph – đáy phẳng Hình 6. Động năng tương đối của dòng chảy theo độ dốc Hình 7. Sự thay đổi lưu lốc trung bình tương đối theo số mố nhám -82-
Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải Hình 8. Sự thay đổi động năng trung bình tương đối theo số mố nhám. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Cảnh Cẩm và nnk (2006), Thủy lực – tập 2, NXB Nông nghiệp, 2006. [2] PGS.TS. Lê Văn Nghị và ThS. Đoàn Thị Minh Yến, Hiệu quả tiêu hao năng lượng dọc đường của giải pháp nhám gia cường trên dốc nước, Tạp chí Khoa học Thủy lợi số 16, tháng 8 năm 2013. [3] Philip L. Thompson and Roger T. Kilgore (2006), Hydraulic Design of Energy Dissipators for Culverts and Channels – HEC 14, National Highway Institute. -83-

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.