Tóm tắt bài giảng thủy lực

Chia sẻ: Vũ Tiến Dũng Dũng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:50

Thêm vào BST

Báo xấu

302
lượt xem 87
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khái niệm chung: Dòng chảy đều - Dòng không đều. Dòng chảy đều có áp - Dòng chảy đều không áp (kênh hở). Điều kiện cần để có dòng chảy đều: Hình dạng mặt cắt ướt không đổi (kênh lăng trụ) , độ dốc không đổi, độ nhám không đổi.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt bài giảng thủy lực

Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 1 Chöông: 1 DOØNG CHAÛY ÑEÀU TRONG KEÂNH HÔÛ 1.1 KHAÙI NIEÄM CHUNG Doøng chaûy ñeàu – Doøng khoâng ñeàu Doøng chaûy ñeàu coù aùp – Doøng chaûy ñeàu khoâng aùp ( keânh hôû) Ñieàu kieän caàn ñeå coù doøng chaûy ñeàu - Hình daïng maët caét öôùt khoâng ñoåi (keânh laêng truï) - Ñoä doác khoâng ñoåi (i = const) - Ñoä nhaùm khoâng ñoåi ( n = const) Khi doøng chaûy ñeàu xaûy ra thì: - Chieàu saâu, dieän tích öôùt vaø bieåu ñoà phaân boá vaän toác taïi caùc maët caét doïc theo doøng chaûy khoâng ñoåi . - Ñöôøng doøng, maët thoaùng, ñöôøng naêng vaø ñaùy keânh song song vôùi nhau. 1.2 COÂNG THÖÙC CHEÙZY VAØ MANNING Cheùzy (1769) V = C Ri 1 1 6 1 2/3 Manning C= R V = R i n n 1 2 Q= AR 3 i n 1 K = AR2 3 Q=K i n K ñöôïc goïi laø modul löu löôïng Coâng thöùc tính toaùn dieân tích öôt vaø chu vi öôùt hình thang m = cotg β : heä soá maùi doác A h m A = h(b+mh) : dieän tích öôùt β b P = b + 2h 1 + m 2 chu vi öôùt Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 2 1.3 XAÙC ÑÒNH HEÄ SOÁ NHAÙM Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán heä soá nhaùm nhö sau Ñoä nhaùm beà maët Lôùp phuû thöïc vaät Hình daïng maët caét keânh Vaät caûn Tuyeán keânh Söï boài xoùi Möïc nöôùc vaø löu löôïng 1.3.1 Tröôøng hôïp maët caét keânh ñôn giaûn Phöông phaùp SCS (soil Conversation Service Method) Phöông phaùp duøng baûng Phöông phaùp duøng hình aûnh Phöông phaùp duøng bieåu ñoà löu toác ( x − 1) h1 6 n= 6,78( x + 0,95) h: Chieàu saâu doøng chaûy U0,2 U0,2: Vaän toác taïi vò trí 2/10 cuûa chieàu saâu hay 0,8 h tính töø ñaùy, x= U0,8 U0,8: Vaän toác taïi vò trí 8/10 cuûa chieàu saâu hay 0,2 h tính töø ñaùy Phöông phaùp coâng thöùc thöïc nghieäm Simons vaø Sentruk (1976): n = 0,047d1/6 d: Ñöôøng kính haït cuûa loøng keânh (mm). 1.3.2 Tröôøng hôïp maët caét keânh phöùc taïp Cox(1973) N A1 A3 ∑ ni Ai n1 A2 n ne = i =1 3 A n2 A1: Dieän tích öôùt cuûa töøng dieän tích ñôn giaûn A: Dieän tích öôùt cuûa toaøn boä maët caét. 1.4 TÍNH TOAÙN DOØNG ÑEÀU: 1.4.1. Baøi toaùn kieåm tra a. Xaùc ñònh löu löôïng : 1 2 Bieát : A, i, n Q= AR 3 i n b. Xaùc ñònh ñoä saâu h : Bieát : i, n, Q, hình daïng maët caét keânh h 1 2 nQ 2 Q = AR 3 i = AR 3 Thöû daàn -> h n i Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 3 Ñoái vôùi maët caét hình troøn coù theå duøng bieåu ñoà 1 Q Modul löu löôïng: K = AR2 / 3 = n i Modul löu löôïng khi 2/3 1 1 ⎛ πD 2 ⎞⎛ D ⎞ π D8/ 3 K ng = Ang Rng/ 3 = ⎜ 2 ⎟⎜ ⎟ = D h chaûy ngaäp : n n⎜ 4 ⎝ ⎟ 4 ⎠⎝ ⎠ n 45 / 3 Tính tæ soá : K/Kng Duøng bieåu ñoà Töø : K/Kng h/D h 1.4.2 Baøi toaùn thieát keá a. Maët caét coù lôi nhaát veà thuûy löc Neáu keânh coù cuøng ñieàu kieän : i, n, maët caét coù hình daïng lôïi nhaát veà thuûy löïc laø : - Coù cuøng dieän tích öôùt A nhöng cho löu löôïng lôùn nhaát hoaëc - Cuøng chaûy vôùi löu löôïng nhöng coù dieän tích öôùt A nhoû nhaát 1 2 Töø Q= AR 3 i Maët caét coù R lôùn hay coù Pmin seõ laø maët n caét coù lôïi nhaát veà thuûy löïc Nhö vaäy trong taát caû caùc loaïi maët caét, maët caét hình troøn laø maët caét coù lôïi nhaát veà thuûy löïc b. Maët caét hình thang coù lôi nhaát veà thuûy löc Neáu caùc maët caét hình thang cuøng moät dieän tích öôùt A, cuøng maùi doác m, thì maët caét hình thang naøo coù chu vi öôùt nhoû nhaát seõ laø maët caét coù lôïi nhaát veà thuûy löïc. Tæ soá giöõa b/h ñeå coù maët caét coù lôïi nhaát veà thuûy löïc ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: A A = (b + mh)h b= − mh h P = b + 2h 1 + m 2 A P = − mh + 2h 1 + m 2 h A h m dP A β = − 2 − m + 2 1 + m2 b dh h dP A = 0 ⇒ − 2 − m + 2 1 + m2 = 0 dh h A (b + mh) h h2 = h2 = 2 2 1+ m − m 2 1 + m2 − m b h ( = 2 1 + m2 − m ) Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 4 c. Thieát keá keânh - Xaùc ñònh löu löôïng Q ( möa, nhu caàu xaû nöôùc … ) - Xaùc ñònh ñoä nhaùm n ( loaïi vaät lieäu loøng keânh..) - Xaùc ñònh ñoä doác i ( phuï thuoäc ñòa hình ..) - Xaùc ñònh hình daïng maët caét phuï thuoäc yeâu caàu thieát keá ( hình troøn, hình thang, hình chöõ nhaät …. ) - Xaùc ñònh kích thöôùc keânh : + Maët caét chöõ nhaät : xaùc ñònh b vaø h , phaûi cho b ñeå tìm h hoaëc ngöôïc laïi, hoaëc duøng ñieàu kieän b/h cuûa maët caét coù lôïi nhaát veà thuûy löïc + Maët caét hình thang : xaùc ñònh m döïa vaøo ñieàu kieän oån ñònh maùi doác. Xaùc ñònh b vaø h nhö tröôøng hôïp maët caét hình chöõ nhaät + Maët caét hình troøn : xaùc ñònh ñöôøng kính D döïa vaøo tæ soá ñoä saâu h/D cho pheùp trong coáng - Kieåm tra vaän toác trong keânh phaûi thoûa maõn : VKL < V < VKX h/D 1.0 0.9 A/Ang 0.8 P/Png K/Kng 0.7 V/Vng 0.6 R/Rng 0.5 0.4 0.3 B/D 0.2 0.1 0.0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 Ñoà thò duøng ñeå tính toaùn coáng troøn Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 5 CAÂU HOÛI TRAÉCNGHIEÄM: Caâu 1: Caâu naøo sau ñaây ñuùng: a) Doøng ñeàu chæ coù theå xaûy ra trong keânh laêng truï. b) Trong keânh laêng truï chæ xaûy ra doøng ñeàu. c) Doøng khoâng ñeàu chæ xaûy ra trong soâng thieân nhieân. d) Trong keânh coù dieän tích maët caét öôùt khoâng ñoåi thì luoân luoân coù doøng ñeàu Caâu 2: Doøng chaûy ñeàu trong keânh hôû coù: a) Ñöôøng naêng, ñöôøng maët nöôùc vaø ñaùy keânh song song nhau. b) Dieän tích maët caét öôùt vaø bieåu ñoà phaân boá vaän toác doïc theo doøng chaûy khoâng ñoåi. c) AÙp suaát treân maët thoaùng laø aùp suaát khí trôøi. d) Caû ba caâu treân ñeàu ñuùng. Caâu 3: Trong keânh coù maët caét hình troøn ñöôøng kính D: a) Vaän toác trung bình ñaït giaù trò cöïc ñaïi khi chieàu roäng maët thoaùng B = 0,90D. b) Vaän toác trung bình ñaït giaù trò cöïc ñaïi khi chieàu roäng maët thoaùng B = 0,78D. c) Vaän toác trung bình ñaït giaù trò cöïc ñaïi khi chieàu roäng maët thoaùng B = 0,46D. d) Vaän toác trung bình ñaït giaù trò cöïc ñaïi khi chieàu roäng maët thoaùng B = 0,25D. Veà nhaø suy luaän ??? Caâu 4: Trong doøng chaûy ñeàu: a) Löïc ma saùt caân baèng vôùi löïc troïng tröôøng chieáu leân phöông chuyeån ñoäng. b) Löïc ma saùt caân baèng vôùi löïc quaùn tính. c) Löïc gaây neân söï chuyeån ñoäng laø löïc troïng tröôøng chieáu leân phöông chuyeån ñoäng. d) a vaø c ñeàu ñuùng. Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 6 Caâu 5: Trong keânh laêng truï coù löu löôïng khoâng ñoåi: a) Ñoä saâu doøng ñeàu taêng khi ñoä doác i giaûm. b) Ñoä saâu doøng ñeàu khoâng ñoåi ñoä doác i taêng. c) Ñoä saâu doøng ñeàu taêng khi ñoä doác i taêng. d) Caû 3 caâu treân ñeàu sai. Caâu 6: Maët caét keânh coù lôïi nhaát veà maët thuûy löïc : a) Coù theå aùp duïng ñoái vôùi keânh coù nhieàu loaïi maët caét khaùc nhau. b) Ñaït ñöôïc löu löôïng cöïc ñaïi neáu giöõ dieän tích maët caét öôùt laø haèng soá. c) Ñaït ñöôïc dieän tích maët caét öôùt toái thieåu neáu giöõ löu löôïng laø haèng soá. d)Caû ba caâu treân ñeàu ñuùng. Chương: DOØNG OÅN ÑÒNH KHOÂNG ÑEÀU BIEÁN ÑOÅI DAÀN TRONG KEÂNH HÔÛ Ta coù theå phaân 2 loaïi chuyeån ñoäng khoâng ñeàu trong keânh: - Chuyeån ñoäng khoâng ñeàu bieán ñoåi daàn. - Chuyeån ñoäng khoâng ñeàu bieán ñoåi gaáp. 2.1 CAÙC KHAÙI NIEÄM 2.1.1 Naêng löôïng rieâng cuûa maët caét: p α V2 α V2 Naêng löôïng toaøn phaàn E E= z+ + = a + h cos θ + γ 2g 2g α V2 E = a+ h+ ñoä doác ñaùy keânh nhoû cosθ = 1 2g vôùi maët chuaån naèm ngang ñi qua ñieåm thaáp nhaát cuûa maët Maët thoaùng caét ñoù. h h θ Naêng löôïng rieâng cuûa maët caét E0 a Ñaùy keânh α V2 α Q2 E0 = h + = h+ 0 0 2g 2 gA2 Maët chuaån naèm ngang Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 7 α V2 α Q2 E0 = h + = h+ h 2g 2 gA2 ñöôøng cong E0 = f(h) Khi h → ∞ E0 → ∞ E0 → h h Ñöôøng phaân giaùc thöù nhaát E0 = h, Q = const laø 1 ñöôøng tieäm caän hcr E0 Khi h → 0 E0 → ∞ o E0min E0 Truïc hoaønh E0 laø 1 ñöôøng tieäm caän Bieán thieân cuûa E0 theo h 2.1.3 Ñoä saâu phaân giôùi ( hcr): Ñoä saâu phaân giôùi hcr laø ñoä saâu ñeå cho naêng löôïng rieâng cuûa maët caét ñoù ñaït giaù trò cöïc tieåu. ⎛ dE0 ⎞ ⎜ ⎟ =0 dA/dh = B ⎝ dh ⎠ h= hcr dE0 d ⎛ α Q2 ⎞ α Q2 ⎛ 2 dA ⎞ = ⎜h + ⎟ =1− ⎜ ⎟ dh ⎜ dh ⎝ 2⎟ 2 gA ⎠ 2 g ⎝ A3 dh ⎠ dE0 α Q2 B phöông trình tính α Q2B Acr α Q2 3 =1− 1− =0 = dh gA 3 ñoä saâu phaân giôùi: gA 3 Bcr g Trong ñoù : Acr vaø laø dieän tích maët caét öôùt , Bcr beà roäng maët thoaùng tính vôùi ñoä saâu phaân giôùi hcr. 2 2 αQ αq Keânh hình chöõ nhaät: vì A = bh vaø B = b hcr = 3 =3 gb2 g neân q = Q/b: löu löôïng treân 1 ñôn vò beà roäng keânh goïi laø löu löôïng ñôn vò 2α Q2 Keânh tam giaùc caân: vì A = mh2 vaø B = 2mh neân hcr = 5 gm2 Keânh hình thang: coâng thöùc gaàn ñuùng ⎛ σ 2 ⎞ mhcrCN α Q2 hcr = ⎜ 1 − N + 0,105σ N ⎟ hcrCN trong ñoù σN = hcrCN = 3 ⎝ 3 ⎠ b gb2 Keânh hình troøn: ta coù theå aùp duïng coâng thöùc gaàn ñuùng 0,25 1,01 ⎛ α Q2 ⎞ vôùi ñieàu kieän hcr hcr = 0,26 ⎜ ⎟ 0,02 ≤ ≤ 0,85 d ⎜ g ⎟ d ⎝ ⎠ 2.1.4 Soá Froude α Q2 B ⎛ löïc quaùn tính ⎞ Fr 2 = ⎜ tæ leä vôùi tæ soá ⎜ ⎟ gA 3 ⎝ troïng löïc ⎟⎠ α - Heä soá söûa chöõa ñoäng naêng. B - Chieàu roäng maët thoaùng Nếu gọi : C = gA vaän toác truyeàn soùng nhieãu ñoäng nhoû trong nöôùc tónh B soá Froude theå hieän tæ soá giöõa vaän toác trung bình cuûa doøng chaûy vaø vaän toác truyeàn soùng. Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 8 2.1.5 Ñoä doác phaân giôùi Ñoä doác phaân giôùi icr laø ñoä doác cuûa moät keânh laêng tru,ï öùng vôùi moät löu löôïng cho tröôùc, ñoä saâu doøng chaûy ñeàu trong keânh h0 baèng vôùi ñoä saâu phaân giôùi hcr. Xaùc ñònh icr Q = C0 A0 R0i = Ccr Acr Rcr icr -Neáu i< icr thì h0 > hcr. Ngoaøi ra 3 Acr = αQ 2 ⇒ 3 Acr = ( α AcrCcr Rcricr ) 2 -Neáu i >icr thì h0 < hcr. Bcr g Bcr g -Neáu i = icr thì h0 = hcr. suy ra gAcr gPcr icr = 2 = 2 α Ccr Rcr Bcr α Ccr Bcr 2.1.6.Caùc traïng thaùi chaûy Traïng Phaân bieät theo thaùi chaûy Ñoä saâu Soá Vaän ∂E0 ∂h h Froude toác EÂm h > hcr Fr < 1 V0 ∂h Phaân ∂E0 h = hcr Fr = 1 V=C =0 giôùi ∂h Xieát h < hcr Fr > 1 V>C ∂E0
Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 9 2.2 PHÖÔNG TRÌNH VI PHAÂN CÔ BAÛN CUÛA DOØNG OÅN ÑÒNH, KHOÂNG ÑEÀU BIEÁN ÑOÅI DAÀN TRONG KEÂNH HÔÛ p αV 2 αV 2 E= z+ + = a+ h+ dhl γ 2g 2g Ñöôøng naêng dE da dh d ⎛ αV 2 ⎞ dh d ⎛ αV 2 ⎞ −J = = + + ⎜ ⎟ = −i + + ⎜ ⎟ ds ds ds ds ⎜ 2 g ⎟ ds ds ⎜ 2 g ⎟ dz Ñöôøng maët ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ V h nöôùc Xem qui luaät toån thaát doïc ñöôøng cuûa doøng khoâng ñeàu = doøng ñeàu z a ds => J ñöôïc tính theo coâng thöùc Cheùzy: 0 0 Maët chuaån V2 Q2 Q2 J= 2 = 2 2 = 2 C R A C R K d ⎛ αV 2 ⎞ d ⎛ αQ 2 ⎞ αQ 2 dA d ⎛ αV 2 ⎞ αQ 2 ⎛ ∂A dh ⎞ ⎜ ⎟= ⎜ ⎟=− ⎜ ⎟=− ⎜ +B ⎟ ds ⎜ 2 g ⎟ ds ⎜ 2 gA 2 ⎟ gA 3 ds ds ⎜ 2 g ⎝ ⎟ ⎠ gA ⎝ ∂s 3 ds ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ dA ∂A ∂A dh ∂A dh A = f{s,h(s)} = + = +B ds ∂s ∂h ds ∂s ds 2 2 Q dh αQ ⎛ ∂A dh ⎞ =i− + ⎜ +B ⎟ A C R2 2 ds gA ⎝3 ∂s ds ⎠ 2 2 Q2 Q ⎛ α C R ∂A ⎞ i− i − 2 2 ⎜1 − ⎜ . ⎟ dh A2C 2 R = i − J dh A C R⎝ gA ∂s ⎟ ⎠ laêng truï, ∂A/∂s = 0 = = ds α Q 2 B 1 − Fr 2 ds αQ B2 1− 1− gA 3 gA 3 2.3 CAÙC DAÏNG ÑÖÔØNG MAËT NÖÔÙC TRONG KEÂNH LAÊNG TRUÏ 2.3.1 Tröôøng hôïp keânh coù ñoä doác thuaän i > 0 Moñun löu löôïng K K = K(h) = CA R ÖÙng vôùi ñoä saâu doøng ñeàu h0 K 0 = C0 A0 R0 Q = K0 i ÖÙng vôùi ñoä saâu doøng khoâng ñeàu h K = CA R Q=K J 2 Q i− dh A C2 R = i − J 2 dh 1 − K 0 K 2 2 = = i ds α Q 2 B 1 − Fr 2 ds 1− 1 − Fr 2 gA 3 a. Tröôøng hôïp keânh laøi: 0 < i < icr Möïc nöôùc treân khu aI N aI F bI B B K F W N h0 F cI W K 0 < i < icr hcr Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 10 a. Tröôøng hôïp keânh laøi: 0 < i < icr N aI F dh 1 − K K 2 2 = ts bI B B = 0 i i K F ds 1 − Fr 2 ms W N h0 Möïc nöôùc treân khu aI : cI hcr 0 dh ñöôøng nöôùc daâng >0 ds K ---> ∞ ts ---> 1 dh h ---> ∞ ---> i Fr2 ---> 0 ms ---> 1 ds ñöôøng maët nöôùc naèm ngang K ---> Ko ts ---> 0 dh h ---> ho --->0 Fr2 0 ds ñöôøng maët nöôùc tieäm caän vôùi ñöôøng N-N N aI dh 1 − K 02 K 2 = ts = i i F ds 1 − Fr 2 ms K bI B B F W N Möïc nöôùc treân khu bI : hcr 0 dh ñöôøng nöôùc haï Ko ts ---> 0 dh h ---> ho --->0 Fr2 < 1 ms > 0 ds ñöôøng maët nöôùc tieäm caän vôùi ñöôøng N-N K < K0 ts < 0 dh h ---> hcr ---> -∞ Fr2 --->1 ms ---> 0+ ds ñöôøng maët nöôùc thaúng goùc vôùi K-K Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 11 N aI F dh 1 − K K 2 2 = ts bI B B = 0 i i K F ds 1 − Fr 2 ms W N h0 Möïc nöôùc treân khu cI : cI h < hcr < h0 F W K K < K0 K2o / K2 > 1 ts < 0 0 < i < icr hcr Fr2 > 1 ms < 0 dh ñöôøng nöôùc daângï >0 ds K < K0 ts < 0 dh h ---> hcr ---> +∞ Fr2 --->1 ms ---> 0- ds ñöôøng maët nöôùc thaúng goùc vôùi K-K b. Tröôøng hôïp keânh doác: 0 < i cr< i B B dh 1 − K 02 K 2 = ts K w = i i aII ds 1 − Fr 2 ms w N bII hcr h0 K Möïc nöôùc treân khu aII : h00 ds K ---> ∞ ts ---> 1 dh h ---> ∞ ---> i Fr2 ---> 0 ms ---> 1 ds ñöôøng maët nöôùc naèm ngang K > Ko ts ---> 0 dh h ---> hcr ---> ∞ Fr2 ---> 1 ms > 0 + ds ñöôøng maët nöôùc thaúng goùc ñöôøng K-K Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 12 Töông töï vôùi caùc tröôøng hôïp coøn laïi … Baûng toùm taét N aI F B B bI B B K w K F N aII W h0 N w F cI bII K h0 W K hcr 0 < i < icr hcr cII N icr < i K aIII b w N 0 w K K K cIII w N hc c0 w r icr=i i=0 b’ w Nhaän xeùt K K w Ñöôøng nöôùc haï chæ coù ôû khu b c’ hcr Ñöôøng nöôùc daâng ôû caùc khu coøn laïi (a, c) i
Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 13 Caùch tính toaùn ⎛ V1 ⎞ ⎛ V1 ⎞ ⎜ h2 + 2 ⎟ − ⎜ h1 + 1 ⎟ ⎜ 2g ⎟ ⎜ 2g ⎟ Δs = ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ i−J Bieát: Löu löôïng (Q), hình daïng maët caét, ñoä doác (i), ñoä nhaùm (n), ñoä saâu h1 taïi maët caét ñaàu ( hoaëc cuoái) h1 V1 Bieát Gia söû h2 h1 Q Giaû söû h2 h2 i, n V2 ΔS s Xaùc ñònh h2 +Δh h +h h= 1 1 2 Sau khi xaùc ñònh ñöôïc Δ S , töông töï gæa söû h3 vaø J =Q /K 2 2 xaùc ñònh Δ S giöõa h2 vaø h3 . Laäp laïi trình töï tính toaùn seõ xaùc ñònh ñöôïc vò trí caùc ñoä saâu h4, h5 … töø ñoù veõ ΔS ñöôïc ñöôøng maët nöôùc TRAÉC NGHIEÄM Caâu 1. Moät keânh coù ñoä doác i > icr, soá Froude Fr > 1. Doøng chaûy trong keânh ôû traïng thaùi: a) Chaûy xieát b) Chaûy eâm. c) Chaûy xieát neáu h < h0 d) Chaûy xieát neáu h > hcr Caâu 2. Ñoä saâu phaân giôùi trong keânh: a) Nhoû hôn ñoä saâu doøng ñeàu khi ñoä doác keânh i > icr. b) Baèng ñoä saâu doøng ñeàu khi ñoä doác keânh i = icr. c) Lôùn hôn ñoä saâu doøng ñeàu khi ñoä doác keânh i < icr. d) Caû 3 caâu treân ñeàu ñuùng. Caâu 3. Moät keânh coù ñoä doác i>icr, ñoä saâu nöôùc trong keânh h > h0. Doøng chaûy trong keânh ôû traïng thaùi: a) Luoân chaûy xieát b) Chaûy xieát neáu h < hcr. c) Luoân chaûy eâm d) Chaûy eâm neáu h > hcr Caâu 4. Moät keânh coù ñoä doác i > icr, ñoä saâu nöôùc trong keânh h < h0. a) Ñoä saâu nöôùc giaûm doïc theo chieàu daøi keânh. b) Naêng löôïng rieâng cuûa maët caét taêng doïc theo chieàu daøi keânh. c) Naêng löôïng rieâng cuûa maët caét giaûm doïc theo chieàu daøi keânh. d) Caû 2 caâu a) vaø c) ñeàu ñuùng. Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 14 Chöông: NÖÔÙC NHAÛY 3.1 KHAÙI NIEÄM Nöôùc nhaûy laø moät hieän töôïng xaõy ra khi doøng chaûy ñi töø chaûy xieát sang chaûy eâm. Hieän töôïng nöôùc nhaûy taïo ra moät cuoän xoùay laøm bieán ñoåi ñoät ngoät từ ñoä saâu chaûy xieát (h’< hcr) sang ñoä saâu chaûy eâm (h” > hcr). Chaûy xieát Nöôùc nhaûy Chaûy eâm 2 C K K a h” 1 hh B V2 hcr V1 h’ A 1 ln lsn 2 Sô ñoà nöôùc nhaûy Taïi sao nöôùc nhaûy xuaát hieän ?: h E0(h) h” K hcr C h” h’ V1 h’ E0min E0” E0’ E0= E i= 0 αV 2 Khaûo saùt cho tröôøng hôïp i = 0 Naêng löôïng rieâng = E = E0 = 2g +h Maët chuaån laø ñaùy keânh Naêng löôïng toøan phaàn Töø bieåu ñoà E(h) cho thaáy naêng Khoâng theå xaõy ra vì naêng Nöôùc löôïng seõ taêng töø Emin ñeán E” khi löôïng theo doøng chaûy chæ coù nhaûy ñoä saâu taêng töø hcr ñeán h”. theå giaûm khoâng theå taêng Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 15 ÖÙng duïïng nöôùc nhaûy : Nöôùc nhaûy taïo ra moät cuoän xoùay maõnh lieät neân doøng chaûy qua nöôùc nhaûy seõ bò tieâu hao naêng löôïng khaù lôùn. Trong xaây döïng duøng nöôùc nhaûy ñeå tieâu hao naêng löôïng sau coâng trình ñeå traùnh xoùi lôû. 3.2 PHÖÔNG TRÌNH NÖÔÙC NHAÛY Giaû thieát: C −i = 0 - Maët caét tröôùc vaø sau nöôùc nhaûy K yC2 ñöôøng doøng thaúng song song - - > A C2 S h” phaân boá aùp suaát theo qui luaät thuûy yC1 h’ C G P2 P1 T tónh 1 B D - Boû qua ma saùt ñaùy keânh Sô ñoà tính nöôùc nhaûy AÙp duïng nguyeân lyù ñoäng löôïng cho theå tích ABCD, chieáu treân phöông s: ρQ(α 02 V2 − α 01 V1 ) = T0 + G s + R s + P1s + P2s V1 , V2 vaän toác trung bình cuûa doøng chaûy taïi maët caét AB, CD To : löïc ma saùt treân loøng keânh => 0 Gs : troïng löôïng khoái nöôùc treân phöông S => 0 Rs : phaûn löïc ñaùy treân phöông S => 0 P1S vaø P2S : aùp löïc nöôùc taïi h’ vaø h” P1s = γ y C1 A 1 Aùp suaát phaân boá theo qui luaät thuûy tónh P2s = γ y C2 A 2 Vôùi α 01 = α 02 = α 0 α0 Q2 α0 Q2 α 0 ρQ(V2 − V1 ) = γ y C1 A 1 − γ y C 2 A 2 + y C 2 A2 = + y C1 A1 gA2 gA1 Phöông trình nöôùc nhaûy Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 16 3.3 HAØM NÖÔÙC NHAÛY B E0(h) α Q2 Θ(h ) = 0 + yC A dh x h” gA yC Θ(h) dΘ Q 2 dA d =− 2 + y A =0 ( ) C dh gA dh dh C h C1 hcr C trong ñoù: dA h’ dA =B d vaø dh y C A ( ) vôùi Θmin E0min Θ, E0 dh ΔEn Bieán thieân cuûa E0 vaø Θ theo h (ycA) laø moment tónh cuûa dieän tích A so vôùi truïc x ñöôïc xaùc ñònh: Khi h bieán thieân moät ñaïi löôïng dh thì A bieán thieân moät ñaïi löôïng dA dh -> moment tónh cuûa maët caét môùi (A+dA) ñ/v maët thoùang (y c + dh) A + dA 2 Δh Δh ( y c + Δh ) A + ΔA − ( yc A) ΔhA + ΔA d ( yc A) 2 ΔA = lim = lim 2 = lim ( A + )= A dh Δh →0 Δh Δh 2 Δh → 0 Δh → 0 α 0Q 2 A 3 α 0Q 2 − B+A =0 = αo=α thì cöïc tieåu cuûa haøm nöôùc gA 2 B g nhaûy truøng vôùi cöïc tieåu cuûa haøm naêng löôïng rieâng. Θ = Θ min h=hcr 3.4 TÍNH TOAÙN NÖÔÙC NHAÛY 3.4.1. Chieàu saâu nöôùc nhaûy: α0 Q2 α0 Q2 Töø phöông trình nöôùc nhaûy + y C 2 A2 = + y C1 A1 gA2 gA1 α Q2 Suy ra khi nöôùc nhaûy xuaát hieän thì haøm nöôùc nhaûy Θ(h) = 0 + yC A gA taïi maët caét tröôùc vaø sau nöôùc nhaûy seõ baèng nhau: Θ (h1 ) = Θ (h2 ) Do ñoù : Neáu bieát h’ A1 yc1 Θ1 yes Giaû thieát h” A2 yc2 Θ2 Θ1= Θ2 stop no αq 2 Tröôøng hôïp ñaëc bieät: Keânh hình chöõ nhaät: A = bh ; yc = h 2 ; q = Q b ; hcr = 3 2g 2 ⎛ α0 q 2 α0 Q h2 ⎞ ⎛h h ⎞ 3 2 Θ(h ) = + ycA = b ⎜ + ⎟ = b⎜ ⎜ h + 2⎟ cr gA ⎜ gh 2 ⎟ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎛ h3 h′2 ⎞ ⎛ h3 ′′ 2 ⎞ ⎟ = b⎜ cr + h ⎟ ⎡ 3 ⎤ h′′ ⎡ ⎤ 3 b⎜ cr + h′ ⎢ ⎛h ⎞ ⎢ 1 + 8 ⎛ cr ⎞ − 1⎥ h ⎜ h′ h ′′ = 1 + 8 ⎜ cr ⎟ − 1⎥ h′ = ⎜ ⎟ ⎝ 2 ⎟⎠ ⎜ h ′′ ⎝ 2 ⎟ ⎠ 2 ⎢ ⎝ h′ ⎠ ⎥ 2 ⎢ ⎝ h′′ ⎠ ⎥ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 17 Coâng thöùc gaàn ñuùng maët cho caét baát kyø: Khi h”< 5 hcr moät caùch gaàn ñuùng chieàu saâu noái tieáp coù theå xaùc ñònh theo coâng thöùc cuûa A. N. Rakhmanov 1,2 h 2 cr h ′′ = h ′ + 0,2 h cr h2 cr h′ = 1,2 − 0,2 h cr h′′ 3.4.2 Toån thaát naêng löôïng nöôùc nhaûy: ΔE n = E 1 − E 2 ⎛ α V 2 ⎞, ⎛ α V2 ⎞ = ⎜ h ′ + 1 1 ⎟ − ⎜ h ′′ + 2 2 ⎟ ⎜ ⎝ 2g ⎟ ⎜ ⎠ ⎝ 2g ⎟⎠ ⎛ α Q2 ⎞ ⎛ α Q2 ⎞ = ⎜ h ′ + 1 2 ⎟ − ⎜ h ′′ + 2 2 ⎟ ⎜ ⎝ 2gA 1 ⎟ ⎜ ⎠ ⎝ 2gA 2 ⎟ ⎠ Ñoái vôùi keânh chöõ nhaät: ΔE n = (h ′′ − h ′)3 = a3 vôùi a = h ′′ − h ′ 4 h ′h ′′ 4 h ′h ′′ 3.4.3 Chieàu daøi nöôùc nhaûy ( ln): Ñoái vôùi keânh chöõ nhaät: Safranez (1934): ln = 4,5h′′ Bakhmetiev vaø Matzke (1936): l n = 5(h ′′ − h ′) Silvester (1965): ln = 9,75h′ (Fr1 − 1) 1, 01 Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 18 3.5 CAÙC DAÏNG NÖÔÙC NHAÛY KHAÙC 3.5.1 Nöôùc nhaûy ngaäp Khi maët caét tröôùc nöôùc nhaûy hoaøn chænh bò ngaäp thì ta coù nöôùc nhaûy ngaäp. A B K hh K hng h”C a hc A’ B’ Nöôùc nhaûy ngaäp h ng 2⎛ h ⎞ = 1 + 2Frh ⎜ 1 − h ⎟ ⎜ hh ⎝ hC ⎟ ⎠ Vh2 laø soá Froude öùng vôùi ñoä saâu haï löu hh vaø Vh laø vaän toác ôû haï löu Fr = h 2 ghh Theo Smetana, chieàu daøi nöôùc nhaûy ngaäp ñöôïc tính: l nn = 6(h h − h C ) Chöông: DOØNG CHAÛY QUA COÂNG TRÌNH PHAÀN I DOØNG CHAÛY QUA ÑAÄP TRAØN Ñaäp traøn laø moät coâng trình ngaên doøng chaûy vaø cho doøng chaûy qua ñænh ñaäp. Ñaäp traøn ñöôïc duøng ñeå kieåm soaùt möïc nöôùc vaø löu löôïng. Ñaäp traøn thaønh moûng Coù 3 loaïi ñaäp traøn thoâng duïng Ñaäp traøn maët caét thöïc duïng Ñaäp traøn ñænh roäng Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 19 4.1 ÑAÄP TRAØN THAØNH MOÛNG δ < 0,67H 4.1.1 Coâng thöùc tính löu löôïng AÙp duïng phöông trình naêng löôïng hoaëc duøng phöông phaùp phaân tích thöù nguyeân: H Q = mb 2 g H o / 2 3 Vo 0,67H δ < 0,67H m : heä soá löu löôïng b : beà roäng ñaäp traøn Ñaäp traøn thaønh moûng αV02 H0 = H + 2g Vo: Vaän toác tieán gaàn 3/ 2 ⎛ αVo2 ⎞ Neáu thay m o = m⎜1 + ⎟ Q = mob 2 g H 3 / 2 ⎜ 2 gH ⎟ ⎝ ⎠o mo coù theå ñöôïc tính theo coâng thöùc 0,003 ⎞ ⎡ ⎤ 2 ⎛ ⎛ H ⎞ Bazin mo = ⎜ 0,405 + ⎟ ⎢1 + 0,55⎜ ⎜H+P ⎟ ⎟ ⎥ ⎝ H ⎠⎢ ⎣ ⎝ 1⎠ ⎥ ⎦ Vôùi phaïm vi : 0,2 m
Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 20 4.2.1 Caùc traïng thaùi chaûy (i) chaûy töï do (ii) chaûy ngaäp Z H H hh P1 P P hh Chaûy töï do Chaûy ngaäp Ñieàu kieän chaûy ngaäp: Z hh > P H hh ⎛Z⎞ ⎛Z⎞ ⎜ ⎟