Chapter 5

Chương 5: Dòng kênh hở Bài giảng TS Nguyễn Quốc Ý nguyenquocy@hcmut.edu.vn Ngày 11 tháng 11 năm 2015 Nội dung cần nắm: Phân loại dòng kênh hở: theo mực nước theo số Froude Định nghĩa dịng - Cơng thức Chezy Mặt cắt kênh tối ưu Các dạng tập: tính lưu lượng, độ sâu, kích thước kênh / 14 Phân loại dịng kênh hở Theo mực nước / 14 Phân loại dòng kênh hở Theo số Froude / 14 Đặc trưng hình học kênh hở Độ dốc thuỷ lực - Độ dốc đáy kênh Độ dốc đáy: S0  z1
L z2 & Độ dốc thuỷ lực: Sf  hLl / 14 Đặc trưng hình học kênh hở Mặt cắt ngang / 14 Dòng Điều kiện dòng Xem dòng kênh chiều: dy dx S0  ppS1f

FrS20qq 0  Sf ñ dy dx  const A  const V  const y / 14 Dịng Cơng thức Chezy Manning 568 Chapter 10 ■ Open-Channel Flow ! Control surface τ =0 V1 F1 y1 = y2 θ (1) V2 = V1 y2 τ w P! F2 θ " = γ A! (2) x ■ Figure 10.10 C volume for uniform fl open channel " sin θ where F1 and F2 are the hydrostatic pressure forces across either end of the control vo by the figure in the margin Because the flow is at a uniform depth 1y1 ! y2 2, it follo W sin θ WS0 so that these two forces not contribute τw to the force balance The term wsin u is th y1 the fluid weight that acts down the slope, and t P/ is the shear force PL PLon the fluid, act interaction of the water and thewchannel’s wetted perimeter Thus, Eq ΣFyx ρQ V2 as a V of the result γALS0 w γR S0 h S0 w sin u Equal pressure tw ! PL ! F1 distributions F2 τw P` W sin θ P/ P/  y2 = y1 PTĐL: p(y)  p
q

    / 14 Dịng Cơng thức Chezy Manning Theo Manning (1989): τw ρV  Kρ V2 V Rh2{3 đề xuất: nên, Kρ V2  γRh S0 ñV C a V Rh S0 C : Hằng số Chezy A Chezy (1718 - 1798) Q 2{3 1{2 S0  Rh  VA  n 2{3 1{2 ARh S0 n n: độ nhám Manning ps {m1{3 q / 14 Dòng Độ nhám Manning
n P Độ nhớt, độ nhám bề mặt Thông thường, số Re kênh lớn:
n P Độ nhám bề mặt Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt: Vật liệu đáy kênh: cát, sỏi, sét Lớp phủ thực vật: rong, cỏ Hình dạng mặt cắt kênh: đụn cát, hố xói Vật cản dòng chảy: đá, gãy Độ cong kênh Mực nước lưu lượng n h, Q / 14 Dòng Độ nhám Manning Độ nhám Manning số loại kênh: Kênh tự nhiên: thẳng: n=0,03 có hố xói: n=0,04 Kênh đào: sạch: n=0,022 sỏi: n=0,025 cỏ: n=0,03 Kênh nhân tạo: bê-tông không tô: n=0,014 bê-tông tô: n=0,012 10 / 14 Bài tập dịng Tính lưu lượng Dùng cơng thức Chezy hay Manning: V 2{3 1{2 S0  Rh n 2{3 1{2 Q  ARh n S0 11 / 14 - Xác định hình dạng mặt cắt phụ thuộc yêu cầu thiết kế ( hình tròn, hình thang, hình chữ nhật … ) - Xác định kích thước kênh : Bài tập dịng + Mặt cắt chữ nhật : xác định b h , phải cho b để tìm h ngược lại, dùng điều kiện b/h mặt cắt có lợi thủy lực + Mặt cắt hình thang : xác định m dựa vào điều kiện ổn định mái dốc Xác định b h trường hợp mặt cắt hình chữ nhật Tính độ sâu Phương pháp giải lặp/thử dần: 2{3 ARh  nQ 1{2 S0 + Mặt cắt hình tròn : xác định đường kính D dựa vào tỉ số độ sâu h/D cho phép cống từ tỉ số K {Kng , tra biểu đồ h/D 1.0 0.9 A/Ang 0.8 Phương pháp dùng biểu đồ kênh tròn: Module lưu lượng Q 2{3 K  ARh  1{2 n So Khi chảy đầy (ngập): π D 8{3 2{3 Kng  Ang Rh,ng  n n 45{3 ñ h {D đ h - Kiểm tra vận tốc kênh phải thỏa mãn : VKL < V < VKX K/Kng P/Png V/Vng 0.7 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 Đồ thị dùng để tính toán cống tròn Tóm tắt giảng - TS Huỳnh công Hoài ĐHBK HC Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com 12 / 14 Bài tập dòng Mặt cắt kênh tối ưu: Với A  const., Rh,max Xét kênh hình thang: A  by P b 2W b ñ P  Ay
αy ñ Qmax αy
2y
2y α2 α2 1{2 1{2 Với A, α  const., Rh,max ñ Rh  ñ Pmin ñ dP {dy  y Ay P 
 4y
α α2 1{2 1{2
α 
2αy 13 / 14 channel This can occur because of several reasons: The bottom slope is not sectional shape and area vary in the flow direction, or there is some obstruction of the channel Such flows are classified as gradually varying flows if dy#dx & If the bottom slope and the energy line slope are not equal, the flow depth Mặt cắt kênh tối theưu: channel, either increasing or decreasing in the flow direction In such ca dV#dx % 0, and the right-hand side of Eq 10.10 is not zero Physically, the differe Bài tập dòng Các trường hợp khác: b y = b/2 b y= √ 3b/2 90° 60° b ■ Figure 10.11 Best hydraulic cross sections for a rectangle, a 60º trapezoid, and a triangle 14 / 14