Bài viết Nghiên cứu dòng chảy ổn định đều trong kênh với khối vật cản phân bố đều trình bày khái niệm cơ bản, hướng tiếp cận về dòng chảy ổn định đều trong kênh với mố nhám lớn phân bố đều. Bên cạnh đó, tác giả có đề xuất công thức để ước tính lực cản hình dạng trong trường hợp nghiên cứu.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 NGHIÊN CỨU DÒNG CHẢY ỔN ĐỊNH ĐỀU TRONG KÊNH VỚI KHỐI VẬT CẢN PHÂN BỐ ĐỀU Trần Dũng Tiến Trường Đại học Thủy lợi, email: tientd@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG PHƯƠNG PHÁP NGUYÊN CỨU Dòng chảy ổn định kênh hở nghiên cứu từ lâu cơng thức lý thuyết góp phần quan trọng việc thiết kế, xây dựng hệ thống kênh dẫn lĩnh vực kỹ thuật thủy lợi Nghiên cứu lý thuyết mơ hình vật lý Dịng chảy kênh hở với khối vật cản thí nghiệm Phịng Thí nghiệm Thủy lực – Trường Đại học Thủy lợi Các khối vật cản hình trụ trịn, với đường kính D = 42mm, bố trí kênh theo hướng dòng chảy hướng ngang với khoảng cách ax = ay = 100mm Kênh dẫn có bề rộng 30cm chiều dài 12m, độ dốc thay đổi từ đến 2% Trong sơng ngịi tự nhiên kênh dẫn tồn hệ thảm thực vật, ngập nước xuất khối vật cản tự nhiên người bố trí… Điều làm thay đổi sức kháng thủy lực đặc tính thủy lực dịng chảy Do đó, làm giảm khả tiêu trầm trọng vấn đề ngập úng Việc dự báo dòng chảy điều kiện thách thức với kỹ sư thủy lợi nhà quản lý hệ thống Sự xuất khối vật cản lớn dòng tự nhiên làm xuất dạng lực cản khác Ngồi trọng lực theo phương dịng chảy, lực cản nhám lực cản hình dạng đóng vai trị lớn q trình thiết lập hình thái dòng chảy Lực cản nhám nghiên cứu từ lâu có nhiều cơng thức thực nghiệm cho trường trường hợp cụ thể Tuy nhiên nghiên cứu lực cản hình dạng cịn hạn chế Trong nghiên cứu này, tác giả đưa khái niệm bản, hướng tiếp cận dòng chảy ổn định kênh với mố nhám lớn phân bố Bên cạnh đó, tác giả cóđề xuất cơng thức để ước tính lực cản hình dạng trường hợp nghiên cứu Đường MN trung bình Hình Dịng chảy kênh dẫn Khi chiều dài kênh bố trí khối vật cản đủ dài, dịng chảy kênh giả định ổn định, (Hình 1) Độ sâu dịng chảy (h) lấy trung bình theo thời gian khơng gian Với dòng chảy ổn định đều, thành phần trọng lực theo phương dòng chảy, FTL cân với lực cản nhám FC f lực cản hình dạng (lực cản áp suất) FCD FCD FC f FTL (1) Để nghiên cứu mối tương quan lực tác dụng này, tác giả phân chia dòng chảy kênh thành khối chất lỏng tương tự nhau, Hình Mỗi vùng nghiên cứu có kích thước ax, ay 353 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 Với trường hợp đáy kênh thường, hệ số nhám Manning ‘n’ lựa chọn n = 0.01 Hình Bố trí khối vật cản kênh Cân lực cho khối chất lỏng : 1 CD DhV C f AV hAS0 (2) 2 Trong - ρ, γ : Khối lượng riêng, trọng lượng riêng chất lỏng ; CD : Hệ số sức cản hình dạng ; Cf : Hệ số sức cản nhám ; S0 : Độ dốc đáy kênh ; V : vận tốc trung bình dịng chảy A : Diện tích vùng nghiên cứu, khơng tính khối vật cản phân bố: A ax a y D (3) Mật độ phân bố mố nhám, C, định nghĩa theo công thức C = D2/(axay) 2S CDCh* C f 02 (4) Fr C Ở : - h* = h/D: độ sâu tham chiếu; V2 - Fr : hệ số Froude gh Hai trường hợp đáy kênh thí nghiệm : (1) - đáy kênh thường PVC (2) - đáy kênh nhám với viên đá cuội có kích thước, ks = 2.5cm,phân bố khắp bề mặt đáy kênh Mực nước kênh đo đạc khơng có mố nhám lớn để ước tính hệ số nhám đáy kênh Exp C Slope Q (l/s) Bed E1 17.6 2.5-7 Đáy thường E2 17.6 1.3 1.2-7 Đáy thường E3 17.6 2.2-8.5 Đáy thường E4 17.6 1.8-5.6 Đáy nhám E5 17.6 1.5 1.8-5.6 Đáy nhám E6 17.6 1.2-5.6 Đáy nhám Hình Hệ số Manning (đáy thường) Trường hợp đáy nhám: Hình Hệ số Manning (đáy nhám) Hệ số manning lựa chọn: n = -0.065*(htb/ks)+0.0494 (5) Mối tương quan hệ số sức cản nhám Cf hệ số Manning n g.n h Cf (6) Rh4 / 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Hình Mối liên hệ hệ số sức cản hình dạng độ sâu tham chiếu h* Từ kết thực nghiệm, tác giả tiến hành thiết lập mối tương quan hệ số CDvới độ sâu tham chiếu h* 354 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 Tác giả đề xuất công thức xác định hệ số CD cho hai trường hợp: đáy kênh thường đáy kênh nhám 2.682 h CD 37.086 * (7) D Với dòng chảy ‘ổn định, đều’ kênh dẫn với khối vật cản phân bố việc ước định lực tác dụng chủ yếu mà hệ số CD Cf thách thức nghiên cứu Trong kênh dẫn cổ điển, không xuất vật cản có kích thước lớn Việc quy đổi sức cản lòng dẫn theo hệ số Manning mang lại kết tốt Tuy nhiên, vật cản phân bố đồng lịng dẫn lực cản hình dạng có ý nghĩa lớn so với sức cản nhám Hình 6, thể mối tương quan tỉ lưu tham chiếu q* trường hợp đáy kênh bình thường: a) có tính đến Cf b) khơng tính đến Cf Hình So sánh Kết thực đo lý thuyết – đáy kênh thường Hình 7, thể mối tương quan tỉ lưu tham chiếu q* trường hợp đáy kênh nhám: a) có tính đến Cf b) khơng tính đến Cf Hình 6a 7a cho thấy tương quan lưu lượng tính tốn theo cơng thức (4), (6) (7) lưu lượng đo đạc tốt, sai số nằm phạm vi 10% Khi không đưa hệ số sức cản nhám Cf vào tính tốn lưu lượng tính tốn có xu hướng thiên nhỏ so với số liệu đo đạc (Hình 6b; 7b) Với trường hợp đáy kênh nhám việc đưa vào tính tốn lực ma sát nhám mang đến kết kết tốt với trường hợp đáy kênh thường (Hình 6a 7a) Điều cho thấy ma sát nhám có vai trị lớn trường hợp đáy nhám Hình So sánh Kết thực đo lý thuyết – đáy kênh nhám KẾT LUẬN Để nghiên cứu dòng chảy kênh có mố nhám phân bố đều, tác giả đơn giản hóa với tốn dịng chảy ổn định để ước tính hệ số lức cản hình dạng CD Kết cho thấy, với đáy kênh thường đáy kênh nhám trường hợp có tính đến hệ số sức cản nhám Cf mang đến mối tương quan tốt trường hợp khơng đưa Cf vào tính tốn Tuy nhiên, trường hợp lưu lượng lớn trường kết cho thấy: Với trường hợp đáy kênh thường lưu lượng tính tốn theo cơng thức có xu hướng thiên lớn so với số liệu thực đo Do số liệu thực nghiệm hạn chế nên kết chưa mang tính tổng quát cao thể đầy đủ yếu tố ảnh hưởng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Larinier, M (1998) "Upstream and downstream fish passage experience in France." Fish Migration and Fish Bypasses: 127-145 [2] Tran Dung Tien (2018) “A study of the average flow in open channel with baffle blocks distributed uniformly." HIC 2018 355 ... (7) D Với dòng chảy ? ?ổn định, đều? ?? kênh dẫn với khối vật cản phân bố việc ước định lực tác dụng chủ yếu mà hệ số CD Cf thách thức nghiên cứu Trong kênh dẫn cổ điển, không xuất vật cản có kích... cản hình dạng ; Cf : Hệ số sức cản nhám ; S0 : Độ dốc đáy kênh ; V : vận tốc trung bình dịng chảy A : Diện tích vùng nghiên cứu, khơng tính khối vật cản phân bố: A ax a y D (3) Mật độ phân. .. nhám phân bố đều, tác giả đơn giản hóa với tốn dịng chảy ổn định để ước tính hệ số lức cản hình dạng CD Kết cho thấy, với đáy kênh thường đáy kênh nhám trường hợp có tính đến hệ số sức cản nhám