Đang tải... (xem toàn văn)
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM NGUYỄN MINH NGỌC NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA NƯỚC NHẢY ĐÁY TRONG LÒNG DẪN LĂNG TRỤ MẶT CẮT NGANG HÌNH THANG Ngành Kỹ[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM NGUYỄN MINH NGỌC NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA NƯỚC NHẢY ĐÁY TRONG LỊNG DẪN LĂNG TRỤ MẶT CẮT NGANG HÌNH THANG Ngành: Mã số: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy 09-58-02-02 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2022 Cơng trình hồn thành tại: VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM Hướng dẫn khoa học 1: GS.TS Hoàng Tư An Hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS Phạm Hồng Cường Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án Tiến sĩ cấp Viện, họp Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam, vào hồi .giờ .ngày tháng .năm 2022 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Thư viện Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án Nước nhảy một hiện tượng thuỷ lực dịng chảy hở, hiện tượng có rất nhiều áp dụng, tiêu biểu tiêu dòng chảy sau cơng trình, xáo trợn khí vào nước… Hầu hết nghiên cứu nước nhảy thực hiện kênh hình chữ nhật Trong đó, nghiên cứu nước nhảy kênh hình thang cân cịn tương đối ít, hệ thống công thức chưa đầy đủ Trong thực tế, cơng trình tiêu có mặt cắt ngang hình thang vẫn thường sử dụng, hạn chế cơng cụ tính tốn chưa đảm bảo đợ xác áp dụng Do vậy, “Nghiên cứu đặc trưng hình học nước nhảy đáy kênh lăng trụ mặt cắt ngang hình thang” có nhiều ý nghĩa khoa học sở cho tính tốn thiết kế cơng trình có áp dụng nước nhảy Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu luận án Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu xây dựng công thức xác định các đặc trưng hình học nước nhảy kênh hở (gồm có độ sâu phân giới, độ sâu khu xoáy chiều dài khu xoáy) Nhiệm vụ nghiên cứu: Phân tích các đặc trưng hình học nước nhảy kênh hở theo lý thuyết sử dụng liệu thực nghiệm để kiểm định xây dựng công thức mới Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Hiện tượng nước nhảy kênh hở Phạm vi nghiên cứu: Nước nhảy ổn định (FrD1 = 4,0 ÷ 9,0) kênh hình thang cân (đáy bằng, mái dốc m = 1, không mở rộng) Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu luận án Luận án tiếp cận theo quan điểm nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm để xây dựng cơng thức tính đặc trưng hình học nước nhảy Các phương pháp nghiên cứu cụ thể: Phương pháp kế thừa; Phương pháp phân tích tổng hợp lý thuyết; Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm; Phương pháp phân tích thống kê; Phương pháp chuyên gia; Phương pháp phân tích thứ ngun, Phương pháp mơ hình toán Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn luận án Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm để hồn thiện cơng thức theo phương pháp bán thực nghiệm thực nghiệm Ý nghĩa thực tiễn: Xác định bợ cơng thức dùng để tính toán các đặc trưng hình học cho cơng trình có áp dụng hiện tượng nước nhảy kênh mặt cắt ngang hình thang cân Những đóng góp luận án + Giải hệ phương trình vi phân Navier-Stokes, xác định công thức tổng quát (3.36) đợ sâu dịng chảy sau khu xốy cơng thức (3.27) tỷ lệ hệ số động lượng (k) nghiên cứu nước nhảy + Xác định công thức quy luật biến đổi chiều dài dòng chảy (3.40) theo phương trình lượng + Nghiên cứu nước nhảy kênh hình thang cân, đáy có mái dốc m = 1, xác định các đặc trưng sau: - Xác định k = 0,92 Bảng 3.9, hình 3.5 công thức thực nghiệm (3.39) xác định độ sâu sau khu xốy - Xác định cơng thức bán thực nghiệm (3.50) công thức thực nghiệm (3.53) tính chiều dài khu xốy nước nhảy Nội dung Cấu trúc luận án Luận án có 03 chương, phần Mở đầu Kết luận, minh họa 46 bảng biểu, 82 hình vẽ đồ thị, cơng trình nghiên cứu liên quan công bố (một báo hệ thống Scopus), 86 Tài liệu tham khảo phần Phụ lục CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ NƯỚC NHẢY ĐÁY 1.1 Khái quát nước nhảy Nước nhảy Khi độ sâu dòng chảy thay đổi yr y2 nhanh từ mực nước thấp sang mực y1 nước cao, dẫn đến thay đổi đột Lr ngột đường mặt nước Hiện tượng Lj cục bợ vị trí thay đổi đường mặt Hình 1.3 Cấu tạo nước nước gọi “nước nhảy” Cấu tạo nước nhảy kênh hình thang cân gồm có dịng xốy bề mặt mái kênh (Wanoschek R & Hager W.,1989) Nên mức độ phức tạp dòng rối khó khăn phân tích các đặc trưng thủy đợng nước nhảy khó so với kênh chữ nhật 1.5 Nghiên cứu nước nhảy giới 1.5.1 Hiện tượng nước nhảy Nước nhảy lần Leonardo da Vinci (1452-1519) đề xuất, sau đó, Giorgio Bidone (1818-1819) mô tả nhảy vọt đợ sâu dịng chảy Đây mở đầu nghiên cứu nước nhảy 1.5.2 Độ sâu phân giới dịng chảy ổn định khơng Đợ sâu phân giới một thông số quan trọng xác định khả xuất hiện nước nhảy Kênh chữ nhật, kênh tam giác có cơng thức lý thuyết, cịn dạng mặt cắt khác cơng thức gần Công thức độ sâu phân giới kênh hình thang xây dựng theo nhiều phương pháp khác nhau, nghiên cứu Zhengzhong W.(1998), Tiejie C cs (2018), Farzin S.(2020)… 1.5.3 Nước nhảy kênh chữ nhật a Độ sâu liên hiệp nước nhảy Bélanger (1828) xác định cơng thức tính đợ sâu liên hiệp nước nhảy theo lý thuyết kênh chữ nhật hiện vẫn sử dụng Dựa nghiên cứu thực nghiệm lý thuyết, tác giả khác đề x́t cơng thức tính đợ sâu liên hiệp nước nhảy, Sarma Newnham (1975), Ead Rajaratnam (2002),… b Chiều dài nước nhảy Chiều dài nước nhảy một thông số thiết kế cơng trình tiêu năng, vị trí bắt đầu chân nước nhảy có thống nhất, điểm kết thúc nước nhảy chưa rõ ràng Về xác định chiều dài nước nhảy, hầu hết nghiên cứu dựa phân tích thực nghiệm Nghiên cứu vấn có thể kể đến Riegel Beebe (1917), Ludin (1927), Woycicki (1931), Simões (2008), Martin M.M cs (2019) Các nghiên cứu chiều dài nước nhảy phân thành vấn đề bản: Chiều dài nước nhảy (Lj) chiều dài khu xoáy (Lr) Mối quan hệ Lj Lr nghiên cứu, vẫn chưa đầy đủ xác định một cách rõ ràng 1.5.4 Nước nhảy mặt cắt ngang hình thang a Độ sâu liên hiệp nước nhảy Tính đợ sâu liên hiệp nước nhảy kênh hình thang cân đáy có thể kể đến cơng thức thực nghiệm A.N Rakhmanov (1930), Hager (1992), phân tích lý thuyết Sadiq S M (2012) b Chiều dài nước nhảy Các nghiên cứu chiều dài nước nhảy chủ yếu theo phương pháp thực nghiệm, nghiên cứu Silvester, R (1964); Ohtsu (1976); N Afzal (2002); Samir K (2014); Siad R (2018);… 1.6 Nghiên cứu nước nhảy Việt Nam Các nghiên cứu nước nhảy Việt Nam có thể kể đến Hồng Tư An (2005), Nguyễn Văn Đăng (1989), Lê Thị Việt Hà (2018) … hầu hết nghiên cứu nước nhảy phẳng nước nhảy không gian, chưa có nghiên cứu nước nhảy kênh có mặt cắt ngang hình thang cân (bán khơng gian) 1.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng hình học nước nhảy 1.7.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ sâu liên hiệp nước nhảy Từ nghiên cứu tính độ sâu liên hiệp nước nhảy cho thấy yếu tố ảnh hưởng tới độ sâu nước nhảy gồm có: + Số Froude trước nước nhảy (Fr1 FrD1); + Đợ nhám lịng dẫn (n e); + Ảnh hưởng phân bố lưu tốc; + Độ dốc đáy lòng dẫn 1.7.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chiều dài nước nhảy Qua phân tích cơng thức tính chiều dài nước nhảy có kênh lăng trụ, cho thấy chiều dài nước nhảy phụ thuộc vào: + Độ sâu trước nước nhảy (y1); + Độ sâu sau nước nhảy (y2); + Độ cao nước nhảy (y2 – y1); + Tỷ lệ độ sâu nước nhảy ( y2 / y1 ;y1 / y2 ) ; + Số Froude trước nước nhảy (Fr1 FrD1); + Đợ nhám lịng dẫn… 1.8 Kết luận Chương I Nghiên cứu cho thấy phong phú, mức độ quan tâm nhà khoa học đến hiện tượng nước nhảy ứng dụng Nghiên cứu khái quát hóa vấn đề ảnh hưởng đến đặc trưng hình học nước nhảy kênh lăng trụ (mặt cắt ngang hình chữ nhật hình thang), định hướng nghiên cứu để phân tích đầy đủ nước nhảy kênh hình thang đánh giá phù hợp công thức xây dựng mới CHƯƠNG II – CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG NƯỚC NHẢY TRONG KÊNH LĂNG TRỤ MẶT CẮT HÌNH THANG 2.1 Phương trình xác định độ sâu dịng chảy khu xốy 2.1.1 Phương trình vi phân chất lỏng chuyển động Phương trình Navier-stokes viết dưới dạng tổng quát sau: Quán tính v t Gia tốc tức thời v v p Gia tốc đối lưu Gradient áp suất v độ nhớt f Lực (2.1) Phương trình (2.1) giải gần các điều kiện biên 2.1.2 Các giả thiết áp dụng cho phương trình Navier-Stokes + Dịng chảy ổn định, liên tục: Q = const; + Quy luật phân bố áp suất theo quy luật thủy tĩnh; + Lực khối trọng lực, theo phương dòng chảy (trục x): Fx = gi + Chất lỏng khơng nén có = const + Thành phần ma sát rối dòng chảy tỷ lệ với cợt nước lưu tốc 2.1.3 Tích phân phương trình Navier-Stokes Xét phương trình (2.1) hệ tọa đợ Đề các, sau đó tích phân phương trình khơng gian chủn đợng dọc theo chiều dịng chảy: Q Q 2 A + u dA − u n x − u n x = t x A − P F dA − x x A Txy Txx Txz xx + + dA − o A − x x x A x (2.14) Áp dụng giả thiết nghiên cứu vào phương trình (2.14) có: * V A o + z c = Co g (2.17) Với Co số tích phân; *o hệ số đợng lượng có xét đến đặc trưng rối, ma sát dòng chảy…; zci: Độ sâu trọng tâm mặt cắt (m); Ai: Diện tích mặt cắt ướt (m2) Xét (2.17) mặt cắt (1-1) (2-2) thu sau: * V * V A1 01 + z c1 = A 02 + z c2 g g (2.18) Phương trình (2.18) để xác định đợ sâu khu xốy nước nhảy 2.2 Phương trình xác định chiều dài khu xoáy nước nhảy 2.2.1 Các giải thiết + Chất lỏng không nén được, chủn đợng liên tục; Dịng chảy ổn định thay đổi dần; Kênh đáy (độ dốc đáy i = 0) + Các đặc trưng thủy lực xác định theo tính chất trung bình từ đợ sâu y1 đến yr (đường mặt nước, đường năng…) 2.2.2 Phương trình xác định chiều dài dòng chảy h w v2 2g v12 2g A1 y1 V1 yc y1 y2 m yr v2 ình gb trun c ù ët nư Ma b Mặt cắt (1-1) y1 2 A2 yr ån (i = chua Mặt Lr yr m Đường 0) b Mặt cắt (2-2) Hình 2.3 Sơ đồ nước nhảy Hình 2.4 Mặt cắt viết phương trình Từ phương trình cân lượng dịng chảy chủn động từ mặt cắt (1-1) sang mặt cắt (2-2), với tổn thất cục bộ dọc đường, biến đổi sau: E − (1 − A1 / A ) ( Vtb2 / 2g ) L= ( Q / K tb ) (2.23) đó: htb đợ sâu trung bình mặt cắt trước sau nước nhảy Vtb, Ktb vận tốc Môdun lưu lượng tính theo htb ( K tb = A tbCtb R tb ) Atb, Ctb Rtb diện tích, số Chezy bán kính thủy lực theo htb E tiêu nước nhảy (m), thể hiện sau: E = ( y1 + 1V12 2g ) − ( y r + V22 2g ) (2.24) Cơng thức (2.23) chiều dài dịng cho chảy ổn định thay đổi dần, dùng làm sở để nghiên cứu chiều dài khu xoáy nước nhảy 2.3 Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm nghiên cứu nước nhảy 2.3.1 Độ sâu dòng chảy khu xốy nước nhảy Từ phương trình (2.18), phân tích theo lý thuyết Pi Lý thuyết phân tích thứ ngun, ảnh hưởng đến đợ sâu dịng chảy khu xốy: y r y1 = ( m.b / y1 ,Fr1 , ) = ( M1 ,Fr1, ) Nếu m = 0, bỏ qua tổn thất (2.42) cịn lại (2.42) y r y1 = ( Fr1 ) tương tự công thức Belanger (1882) Phương trình (2.42) thể hiện tác đợng tương tự phân tích mục 1.7 2.3.2 Chiều dài khu xốy nước nhảy Áp dụng phương trình (2.23), phân tích theo lý thuyết Pi Lý thuyết phân tích thứ nguyên, hàm ảnh hưởng đến chiều dài khu xốy thể hiện cơng thức (2.56): y my Lr e = r , ,Fr1 , y1 y1 y1 b (2.46) Đối với kênh chữ nhật (mái dốc m = 0) có đáy nhẵn (đợ nhám tụt đối e = 0), quan hệ (2.46) lại: Lr y1 = ( y r y1 , Fr1 ) , phương trình phù hợp với mợt số nghiên cứu Phương trình (2.46) có yếu tố ảnh hưởng tương tự mục 1.7 2.4 Cấu tạo mơ hình thí nghiệm Mơ hình thí nghiệm đặt Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam 2.4.1 Thiết kế mơ hình thí nghiệm Mơ hình thí nghiệm xây dựng thủy tinh hữu bao gồm: + Một đập tràn mặt cắt thực dụng Mợt kênh kênh hình thang cân chân đập, kênh có hệ số mái dốc m = 1, chiều rợng đáy kênh b = 0,55m b = 0,335cm, chiều dài kênh L = 4m + Các thiết bị đo mực nước khống chế mực nước hạ lưu 11 CHƯƠNG III – XÂY DỰNG CÔNG THỨC XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA NƯỚC NHẢY TRONG KÊNH LĂNG TRỤ MẶT CẮT NGANG HÌNH THANG 3.1 Xây dựng công thức xác định độ sâu phân giới Nghiên cứu xây dựng công thức xác định độ sâu phân giới (yc) dịng chảy kênh hình thang cân (m 0): yc = 13.b 20m ycCN − 1 + 10.m 13b (3.8) đó: ycCN độ sâu phân giới kênh chữ nhật (m) Các tiêu thống kê tính theo cơng thức (3.8) Bảng 3.2 3.3: Bảng 3.2 Tính tốn độ sâu phân giới kênh hình thang Giá trị mẫu thử Giá trị Q (m3/s) b (m) m Max 100 10 Min 1 0.5 yc (m) Tính tốn theo (3.8) ycCN (m) yc tính (m) (%) 2.727 3.442 0.481 2.727 0.37 0.28 0.279 Mc 0.294 0.019 Bảng 3.3 Phân tích kết tính tốn theo tiêu thống kê Cơng thức MAE MSE RMSE R2 MAPE (%) CT 3.8 0.002 0.000 0.003 0.999 0.188 Nhận xét: Từ kết quả cho thấy, tính yc theo cơng thức (3.8) cho kết quả tốt, với sai số nhỏ 0,37%, giá trị R2 tiêu thống kê khác xấp xỉ không 3.2 Xây dựng công thức xác định độ sâu dịng chảy sau khu xốy 3.2.1 Cơng thức tổng quát xác định độ sâu dòng chảy sau khu xoáy Biến đổi toán học (2.18) đối với trường hợp nước nhảy kênh hình thang cân, thu được: 12 5 M12 Y + (M12 + M1 )Y + (M12 + M1 + )Y 2 2 (3.32) (M1 + 1)2 3 ( M1 + 1) + −3FrD1 M1 + M1 + Y − 3kFrD1 =0 2M + 2M1 + 1 đó: M1: Hệ số mở rộng mặt cắt trước nước nhảy, M1 = m.y1 b Y: Tỷ lệ độ sâu dịng chảy sau trước khu xốy, Y = yr y1 k: Tỷ lệ hệ số đợng lượng khu xốy nước nhảy, k = * 1 02 Công thức (3.32) lấy M1 = 0, k trở thành công thức nghiên cứu Bélanger (1828) Nghiệm phương trình (3.32) quan hệ đợ sâu dịng chảy trước sau khu xốy nước nhảy, xác định theo công thức sau: Y= −a 1 q + f +v+z + f −v−z+ 2 f +v+z Trong đó: b =1+ a = (1 + ) 2M1 + 2M1 2M12 w = b − 3ac + 12d v= ( c = −3FrD1 (M1 + 1) ( 2M1 + 1) M1 ( M1 + 1) 2M ( + 1) M12 (3.36) + + M1 2M12 d = −3kFrD1 q = −a + 4ab − 8c 21/3.w s + −4.w + s ) 1/3 f= a 2b − s = 2b3 − 9abc + 27c + 27a 2d − 72bd s+ z= −4.w + s 54 1/ Công thức (3.36) công thức tổng quát xác định đợ sâu dịng chảy sau khu xốy nước nhảy lịng dẫn mặt cắt ngang hình thang cân, đáy Tỷ lệ đợ sâu dịng chảy trước sau khu xốy theo cơng thức (3.36) với M1 = (0 ÷1), k = số FrD1 =(4,0 ÷ 9,0), thể hiện Hình 3.4 Phân tích tỷ số đợ sâu sau khu xốy theo cơng thức (3.36) với điều kiện số M1 0,2 có quy luật biến đổi phù hợp (tương tự nghiên cứu Wanoscheck R cs (1989) Hager W (1992)) Khi M1 < 0,2 13 quy luật biến đổi cơng thức (3.36) khơng phù hợp cho tính toán đợ sâu dịng chảy khu xốy nước nhảy 3.2.2 Xác định hệ số tỷ lệ động lượng khu xoáy nước nhảy Để xác định hệ số k, sử dụng bộ liệu thực nghiệm Wanoschek R cs (1989) để nghiên cứu với Hình 3.4 Quan hệ Y theo M1 FrD1 điều kiện: 4,0 FrD1 9,0; M1 0,2; y1 3cm; Sau lọc bỏ, cịn lại 22 bợ liệu (đảm bảo điều kiện số thí nghiệm tối thiểu phân tích Chương 2), liệu thể hiện Bảng 3.6: Bảng 3.6 Dữ liệu thực nghiệm độ sâu dịng chảy khu xốy Giá trị Q (m3/s) y1 (m) yr (m) FrD1 Max 0.158 0.092 0.448 8.681 0.406 7.922 Min 0.0242 0.0405 0.17 3.636 3.556 M1 0.2 Ytd = yr/y1 Từ sở phương trình (3.36), tính tỷ lệ đợ sâu dịng chảy khu xốy với các trường hợp sau: FrD1 = 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10 M1 = 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0 k = 0,9; 0,91; 0,92; 0,94; 0,95; 0,97; 1; 1,045; 1,56 (3.37) Như vậy, một tổ hợp (FrD1, M1) Bảng 3.6 một giá trị k điều kiện (3.37) xác định mợt giá trị tính tốn (Ytt) theo cơng thức (3.36), sau đó đánh giá giá trị (Ytd) với giá trị (Ytt) Kết qủa phân tích thể hiện Bảng 3.6 tiêu thống kê Bảng 3.7 14 Bảng 3.7 Tính tốn độ sâu sau khu xốy theo cơng thức (3.36) k=1 Giá trị FrD1 M1 Ytd % Ytt k = 0.92 Ytt % k = 0.91 Ytt % Max 8.681 0.406 7.922 7.980 5.3 7.856 4.0 7.840 3.8 Min 3.636 0.200 3.556 3.524 0.3 3.463 0.3 3.455 0.1 Bảng 3.8 Các tiêu phân tích thống kê nghiên cứu hệ số k TT k MAE MSE RMSE R2 MAPE (%) 1 0.111 0.021 0.146 0.982 2.034 0.93 0.078 0.011 0.106 0.990 1.453 0.92 0.079 0.011 0.104 0.991 1.498 0.91 0.081 0.011 0.105 0.990 1.546 Max 0.111 0.021 0.146 0.991 2.034 Min 0.9 0.078 0.011 0.104 0.982 1.441 Từ Bảng 3.8 cho thấy, k = 0,92 cho kết quả tính tốn cơng thức lý thuyết (3.36) tốt nhất (so sánh tham số R2 RMSE) 3.2.3 Phương pháp xác định độ sâu khu xoáy nước nhảy Công thức (3.36) cho kết qủa phù hợp với M1 ≥ 0,2 Khi M1 = (0,0 ÷ 0,2) phân tích theo phương pháp nợi suy, thể hiện Bảng 3.9: Bảng 3.9 Giá trị tỷ số độ sâu dịng chảy khu xốy với k = 0,92 FrD1 M1 0.05 0.1 0.15 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 5.18 4.53 4.17 3.99 3.90 3.86 3.77 3.69 3.62 3.55 3.49 3.45 3.40 6.59 5.78 5.30 5.03 4.87 4.73 4.58 4.45 4.34 4.25 4.17 4.11 4.05 8.00 7.00 6.38 6.01 5.78 5.55 5.33 5.16 5.02 4.90 4.81 4.72 4.65 9.41 8.20 7.43 6.96 6.65 6.32 6.05 5.84 5.66 5.52 5.41 5.31 5.22 10.82 9.38 8.45 7.86 7.48 7.06 6.73 6.48 6.28 6.11 5.98 5.86 5.76 12.24 10.54 9.44 8.74 8.28 7.77 7.39 7.10 6.86 6.68 6.52 6.39 6.28 15 Bảng 3.9 thể hiện biểu đồ Hình 3.5 Như vậy, xác định tỷ lệ đợ sâu dịng chảy khu xoáy nước nhảy ổn định, sử dụng Bảng 3.9 Hình 3.5 Mối quan hệ Y FrD1, M1 Hình 3.5 phù theo k =0,92 hợp 3.2.4 Công thức thực nghiệm độ sâu sau khu xốy Từ cơng thức (2.42) (3.36), phân tích xác định cơng thức thực nghiệm tính đợ sâu sau khu xốy nước nhảy: yr = 0,959M1−0,12 Fr10,936 y1 (3.39) Đánh giá kết quả tính tốn theo cơng thức lý thuyết (3.36) cơng thức thực nghiệm (3.39) đối với liệu nghiên cứu, tiêu phân thống kê phân tích liệu thực đo kết quả tính theo cơng thực nghiệm thể hiện Bảng 3.15 sau: Bảng 3.15 Các tiêu thống kê độ sâu dòng chảy khu xốy TT Cơng thức MAE MSE RMSE R2 MAPE (%) Lý thuyết 0.006 0.000 0.008 0.991 1.725 Thực nghiệm 0.009 0.000 0.012 0.978 2.776 Từ tiêu thống kê cho thấy quan hệ tương quan giá trị thực đo tính toán theo cơng thức lý thuyết rất cao (hệ số R2 > 0,9), bên cạnh đó các số thống kê khác rất nhỏ, tiến gần đến không 16 đảm bảo cho độ xác phương pháp tính toán sai số MAPE rất nhỏ đối với cả phương pháp tính 3.3 Xây dựng công thức xác định chiều dài nước nhảy kênh lăng trụ đáy có mặt cắt ngang hình thang 3.3.1 Phân tích đánh giá cơng thức tính chiều nước nhảy Chia vế phương trình (2.23) cho y1, tỷ lệ chiều dài khu xốy (Lr) theo độ sâu trước nước nhảy (y1) xác định: L E − (1 − A1 / A ) ( Vtb / 2g ) = y1 y1 ( Q / K tb ) Mn = (3.40) Phương trình (3.40) biểu thị quan hệ chiều dài nước nhảy đợ sâu dịng chảy trước nước nhảy Giá trị Mn hệ số không thứ nguyên Biến đổi công thức (3.40), thu được: Mn = y A M + A1 Vtb2 r 1 − + − Fr − − D1 y1 A 2g ( Q / K tb ) y1 A22 2M1 + (3.49) Công thức (3.40) (3.49) chiều dài dòng chảy theo trạng thái ổn định thay đổi dần Do vậy, giá trị Mn lớn gấp nhiều lần giá trị thực đo chiều dài khu xoáy (Lr/y1), nên mối quan hệ dựa vào nghiên cứu thực nghiệm để phân tích 3.3.2 Thiết lập cơng thức bán thực nghiệm chiều dài khu xoáy Từ số liệu thực nghiệm Bảng 2.5 số liệu Wanoschek R & Hager W (1989), liệu nghiên cứu tập hợp thành bợ liệu phân tích cơng thức liệu kiểm định Từ cơng thức (3.40), tính tốn thành phần bản theo chuỗi liệu thể hiện Bảng 3.17: Bảng 3.17 Phân tích liệu thực nghiệm chiều dài khu xoáy y1 (m) Lr (m) Lr/y1 đo Ktb (m3/s) Max 0.092 2.1 39.583 6.824 1.475 35267 10.471 Min 0.7 17.263 0.517 0.173 7.455 TT 0.04 (m) Mn 1729 ln(Mn) 17 Mối quan hệ ln(Mn) với Lr/y1 theo Bảng 3.16 thể hiện Hình 3.9 sau: Hình 3.9 Mối quan hệ ln(Mn) với tỷ lệ (Lr/y1) Công thức chiều dài khu xoáy nước nhảy ổn định sau: Lr = 0,9576 ln(Mn) − 10, 462 ln(Mn) + 43,072 y1 (3.50) đó: Mn tính theo cơng thức (3.49) Công thức (3.50) công thức xác định chiều dài khu xoáy nước nhảy ổn định (FrD1 = 4,0 9,0) kênh hình thang cân, đáy có mái dốc m = 3.3.3 Cơng thức thực nghiệm chiều dài khu xoáy nước nhảy Từ công thức (2.46) (3.50), nghiên cứu rút gọn cơng thức bán thực nghiệm chiều dài khu xốy cho kênh hình thang cân, mái dốc m = 1, thể hiện sau: y 0,94 A Lr = 3,038 r + 1 − 12 Fr10,683 + 0,578 y1 y1 A2 (3.53) với điều kiện: e/y1 = 1/120 ÷ 1/80 Phân tích tiêu thống kê theo công thức (3.50) (3.53), thể hiện Bảng 3.22: 18 Bảng 3.22 Phân tích tiêu thống kê chiều dài khu xốy Cơng thức MSE RMSE R2 MAPE (%) Bán thực nghiệm 0.064 0.005 0.072 0.962 4.365 Thực nghiệm 0.075 0.959 4.628 TT MAE 0.070 0.006 Nhận xét: Từ Bảng 3.22, cho thấy các tiêu đánh giá thống kê rất tốt, hệ số R2 0,96, tiêu đánh giá khác tiến gần khơng 3.4 Xác định đặc trưng hình học nước nhảy mơ hình học máy “Rừng ngẫu nhiên” 3.4.1 Cấu trúc mơ hình học máy Quá trình ước lượng tham số dựa hai bước chính: - Bước 1: H́n lụn mơ hình Rừng ngẫu nhiên - Bước 2: Ước lượng tham số dựa mơ hình ó huõn luyờn START Thu thập liệu Chọn mô hình nghiên cứu Ramdom Forest Chọn thông số đào tạo Huấn luyện mô hình Chạy kiểm tra kết Kiểm định kết R2 MSE RMSE MAPE Kết thúc Hỡnh 3.12 Sơ đồ khối xây Hình 3.13 Thuật tốn Least-Squares dựng mơ hình Học máy Boost Friedman (2001) Mơ hình Rừng ngẫu nhiên xây dựng từ thuật tốn Friedman (2001) viết môi trường Matlab 2019b 3.4.2 Xác định độ sâu khu xoáy nước nhảy Từ (2.42), xây dựng trường liệu phương pháp Học máy Bảng 3.23 Bảng 3.24: ... ? ?Nghiên cứu đặc trưng hình học nước nhảy đáy kênh lăng trụ mặt cắt ngang hình thang” có nhiều ý nghĩa khoa học sở cho tính tốn thiết kế cơng trình có áp dụng nước nhảy Mục tiêu nhiệm vụ nghiên. .. có nghiên cứu nước nhảy kênh có mặt cắt ngang hình thang cân (bán khơng gian) 5 1.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng hình học nước nhảy 1.7.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ sâu liên hiệp nước. .. CÔNG THỨC XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA NƯỚC NHẢY TRONG KÊNH LĂNG TRỤ MẶT CẮT NGANG HÌNH THANG 3.1 Xây dựng công thức xác định độ sâu phân giới Nghiên cứu xây dựng công thức xác định độ