Dương Thanh Lượng Bài giảng môn học Thoát nước Chương 3 3 1 Chương 3 TÍNH TOÁN THUỶ LỰC CỐNG THOÁT NƯỚC (6 tiết 4LT+2ĐA III 1 ĐẶC ĐIỂM CHUYỂN ĐỘNG CỦA NƯỚC THẢI TRONG CỐNG THOÁT NƯỚC Thường có cặn và[.]
Chương TÍNH TỐN THUỶ LỰC CỐNG THỐT NƯỚC (6 tiết: 4LT+2ĐA III-1 ĐẶC ĐIỂM CHUYỂN ĐỘNG CỦA NƯỚC THẢI TRONG CỐNG THỐT NƯỚC Thường có cặn cặn dễ bị lắng đọng, lấy cặn khó khăn, VS, tốn Thiết kế cần đảm bảo tránh cho cặn lắng đọng Trong cặn thường có khoảng: 8% chất hữu d 1mm, 92 97% tạp chất khoáng dtb=1mm, cát 70 90% cặn =1,4 T/m (chưa nén) cặn =1,6 T/m (nén) Nước ta chưa đánh giá HTTN chưa hoàn chỉnh Chất hữu khơng hồ tan chuyển động dễ dàng, cịn tạp chất khơng hồ tan (chủ yếu cát) khó vận chuyển, lắng, làm giảm khả chuyển tải, chí làm tắc cống hồn tồn - Nếu lượng chất không tan nhỏ khả chuyển tải dịng chảy cặn khơng bị lắng, rơi xuống có khả bị dạng sóng - Nếu lượng chất khơng tan vượt khả chuyển tải dịng chảy cặn bị lắng Hiện tượng tiếp tục lượng cặn cân với khả chuyển tải Sơ đồ cấu trúc dòng chảy Khoảng trống Nước thải Cặn lắng Tổn thất thuỷ lực cống: ht=b.vm Trong đó: b - Hệ số, phụ thuộc hình dạng, kích tước, độ nhám thành cống t/c Dương Thanh Lượng Bài giảng mơn học Thốt nước - Chương 3-1 nước thải m - số mũ; chảy tầng m=1, chảy rối m=1,75 III-2 CÁC TIẾT DIỆN CỐNG VÀ ĐẶC TÍNH THUỶ LỰC Có nhiều loại tiết diện cống Việc lựa chọn loại tiết diện cống phải đạt yêu cầu: - Khả chuyển tải lớn - Chịu lực tốt - Giá thành xây dựng nhỏ - Thuận tiện quản lý (cọ rửa, sửa chữa ) Một số loại tiết diện thường gặp: Các loại tiết diện cống a) Tròn e) Hình thang b) Vịm f) Nửa trịn c) Bệt g) Hình trứng d) Chữ nhật Cùng độ dốc diện tích tiết diện cống trịn có R lớn nên khả chuyển LL tốt 90% chiều dài cống dùng cống tròn ***** (1) Với cống tròn: Chảy đầy: R=0,25d; = d2/4; = d Không đầy: R=R'.d; = '.d2; Tối đa: R=0,304d h=0,813d Dương Thanh Lượng Bài giảng mơn học Thốt nước - Chương 3-2 Cống trịn chịu lực tốt nhất, sản xuất hồn thiện nhất, sử dụng tới 90% xây dựng cống nước Để đơn giản tính tốn cống tròn, người ta dùng hệ số A, B lập đồ thị tra A, B theo độ đầy h/d A=Qkhông đầy/Qđầy B=vkhông đầy/vđầy Qkhông đầy=A.K i vkhông đầy=B.W i Trong đó: W, K tốc độ đặc trưng lưu lượng đặc trưng h/d=0,95 h/d=0,813 Q=Qmax v=vmax (A=1,087) (B=1,16) III-3 CƠNG THỨC TÍNH TỐN THUỶ LỰC Cần xác định d, i thoả mãn yêu cầu độ đầy, tốc độ Dùng công thức: Q= v v=C R i 1 C= R n C= R y n y=2,5 n 0,13 0,75 R ( n 0,1) v2 i= 4R 2g a2 e lg 13,68R Re v.d Re= (Chezy) (Manning) (Pavlovski) (Pavlovski) (Darcy - Weisbach) (Federov) Trong đó: - Hệ số ma sát dọc đường e - Độ nhám trương đương, cm a2 - Hệ số, phụ thuộc độ nhám thành ống th/phần chất lơ lửng NT ( , e, a2 tra bảng) - Hệ số động học nhớt Dương Thanh Lượng Bài giảng mơn học Thốt nước - Chương 3-3 Tùy theo cơng thức tính tổn thất dọc đường sử dụng, hệ số nhám ống lấy theo bảng đây: Bảng Hệ số nhám số loại cống Vật liệu làm ống Gang Bê tông HazenWilliams 130 - 140 120 -140 Darcy-Weisbach e (millifeet) 0,85 1,0 - 10 Manning's n 0,012 - 0,015 0,012 - 0,017 120 0,5 0,015 - 0,017 140 - 150 140 - 150 0,005 0,15 0,011 - 0,015 0,015 - 0,017 Sắt tráng kẽm Chất dẻo Thép Gốm tráng men 110 0,013 - 0,015 Ghi chú: foot = 0,3048 m III-4 TỔN THẤT CỤC BỘ CƠNG THỐT NƯỚC Cơng thức chung v2 hc = 2g (Xem bảng tra thuỷ lực) III-5 ĐƯỜNG KÍNH TỐI THIỂU VÀ ĐỘ ĐẦY TỐI ĐA Đường kính tối thiểu Dmin=150 mm Dmin=200 mm Dmin=150 mm đ/v mạng sân nhà đ/v mạng tiểu khu đường phố đ/v mạng thoát nước mưa Độ đầy tối đa Khơng cho chảy đầy cống lý cần khoảng trống để thơng cho mạng lưới (mặt khác, thuỷ lực, đạt LL tối đa khơng chốn đầy cống) Ngun lý thơng mạng nước: nhờ vào chênh lệch áp suất điểm thông nhà cao tầng khe hở nắp đan hố ga mạng ngồi phố (xem hình vẽ) Dương Thanh Lượng Bài giảng mơn học Thốt nước - Chương 3-4 Bảng Độ đầy tối đa Đường kính, mm d= 150 300 350 450 500 800 900 Đối với HTTN thải Sinh hoạt Sản xuất 0,70 h/d= 0,60 h/d= 0,80 0,70 0,85 0,75 1,00 0,80 HTTN mưa HTTN chung h/d=1 ***** (2) III-6 VẬN TỐC VÀ ĐỘ DỐC Vận tốc hàm số độ dốc thủy lực bán kính thuỷ lực Vận tốc phân bố khơng mặt cắt ướt Trong thuỷ lực dùng vận tốc trung bình mặt cắt Khống chế: vkl≤ v ≤vkx Vận tốc khơng xói cho phép Được quy định sau - Đ/v cống kim loại: vkx = 8,0 m/s - Đ/v cống không kim loại: vkx = 4,0 m/s - Đ/v kênh đất: Tra bảng, phụ thuộc đường kính hạt độ sâu h Vận tốc khơng lắng cho phép Để khơng lắng thì: Uy W Trong đó: W - Tốc độ chìm lắng hạt điều kiện tĩnh Uy - Tốc độ lơ lửng mạch động đứng tạo nên, coi Uy~v: Uy= v v W Áp dụng đ/v hạt có kích thước lớn nhất: maxv Wmax Theo số liệu thực tế: v max=0,065.i Wmax α max v kl Wmax α max 1/4 Dương Thanh Lượng Bài giảng mơn học Thốt nước - Chương 3-5 vkl= Wmax 0,065.i1 / Mặt khác hạt rắn lắng xuống khơng lý kích thước lớn mà nồng độ chúng nước thải cao Cho nên cần bổ sung điều kiện: 0< k Trong đó: - Nồng độ chất lơ lửng nước thải k - Nồng độ phân giới chất lơ lửng dòng chảy Trong thực tế tính tốn MLTN, người ta quy ước tốc độ tối thiểu (để v vkl) áp dụng cho loại cống bảng: Bảng Tốc độ tối thiểu Cống với đường kính d, mm 150 250 300 400 450 500 600 800 900 1200 lớn Tốc độ tối thiểu vtt, m/s 0,7 0,8 0,9 0,95 1,25 Đối với NT qua lắng tốc độ tối thiểu giảm xuống vtt=0,4 m/s Đối với cống luồn (điu-ke): vtt=1,0 m/s Nếu tăng v chống lắng đọng tốt, chiều sâu chôn cống tăng giá thành xây dựng tăng đáng kể Trong trường hợp thường vào vtt Trong thực hành, khơng có đủ số liệu sử dụng CT GS Federov: vkl=1,57 n R , với n=3,5+0,5R Trong R bán kính thuỷ lực, m Độ dốc tối thiểu Là độ dốc mà tăng Q đạt mức độ đầy tối đa tốc độ dịng chảy đạt tốc độ khơng lắng Có thể xác định theo cơng thức kinh nghiệm: imin= d Dương Thanh Lượng Bài giảng mơn học Thốt nước - Chương 3-6 Trong d đường kính cống, mm imin lấy theo bảng: Bảng Độ dốc tối thiểu d, mm 150 200 300 400 500 600 imin (10-3) 2,5 1,7 d, mm 700 800 900 1000 1200 imin (10-3) 1,4 1,2 1,1 0,5 Việc chọn theo độ dốc tối thiểu theo bảng hạn chế cho trường hợp cá biệt Nói chung phải chọn xuất phát từ yêu cầu tốc độ nói Nếu thay tốc độ v cơng thức Darcy-Weisbach tính imin ***** (3) Ví dụ: Xác định imin cống bê tông d=400 mmm, với độ đầy 0,5 Giải: Sử dụng công thức GS Federov: vkl=1,57 n R =1,57 3,53 0,1 =0,82 m/s Trong đó: R=0,25d=0,25 0,4=0,1 m n=3,5+0,5R=3,5+0,5 0,1=3,53 Sử dụng công thức Federov: a2 0,2 100 e lg = lg =5,68 13,68R Re 13,68 0,1 282624 Trong đó: e=2 mm; a2=100 4.R.v 10 82 Re= = =232.624 (chú ý CT đơn vị dùng cm) 0,0142 = =0,031 5,68 2 v 2kl 0,031 0,82 imin= = =0,0027 4R 2g 0,1 9,81 Dương Thanh Lượng Bài giảng môn học Thốt nước - Chương 3-7 III-7 TÍNH TỐN CỐNG THỐT NƯỚC Từ cơng thức Q= v v=C R i Mới biết Q, v, , i chưa biết, khơng thể giải mà phải tính tốn thử dần Có thể thực tính tốn thuỷ lực theo cách sau: Cách Người ta lập bảng tính, biểu đồ, toán đồ (xem toán đồ Pavlovski, Manning giáo trình) Cách tính tiện, nhanh, giảm lần nội suy nên giảm nhẹ khối lượng tính tốn đáng kể Cách Ngày có máy tính, lập trình tìm kết tính tốn nhanh nhiều Có thể thực theo sơ đồ khối sau: BEGIN Nhập số liệu: Q0; n i:=i0; := 0; d:=d0 Thay đổi i:=i1; := 1; d:=d1 h:= d :=2.acos( 2h / d) ; := d2 ( sin ) ; := d ; R:= ; y:=2,5 n 0,13 0,75 R ( n 0,1); C:= R y ; n [Vkl]:=1,57 R 3, , R ; v:=C R i ; Q:= v Q Q0 s đ END Hình Sơ đồ khối tính tốn thuỷ lực cống trịn ***** (4) Dương Thanh Lượng Bài giảng mơn học Thốt nước - Chương 3-8 III.8 BẢNG SỐ, TOÁN ĐỒ VÀ ĐỒ GIẢI ĐỂ TÍNH TỐN THỦY LỰC MẠNG LƯỚI (Giải thích cách tra bảng giáo trình) ***** (5) Dương Thanh Lượng Bài giảng mơn học Thốt nước - Chương 3-9 ... Lượng Bài giảng mơn học Thốt nước - Chương 3- 2 Cống tròn chịu lực tốt nhất, sản xuất hồn thiện nhất, sử dụng tới 90% xây dựng cống thoát nước Để đơn giản tính tốn cống trịn, người ta dùng hệ số... 0, 13 0,75 R ( n 0,1); C:= R y ; n [Vkl]:=1,57 R 3, , R ; v:=C R i ; Q:= v Q Q0 s đ END Hình Sơ đồ khối tính tốn thuỷ lực cống trịn ***** (4) Dương Thanh Lượng Bài giảng mơn học Thoát nước - Chương. .. học Thốt nước - Chương 3- 6 Trong d đường kính cống, mm imin lấy theo bảng: Bảng Độ dốc tối thiểu d, mm 150 200 30 0 400 500 600 imin (10 -3) 2,5 1,7 d, mm 700 800 900 1000 1200 imin (10 -3) 1,4 1,2