Tiêu năng theo hình thức phun xa ppt

a) Tiêu năng theo hình thức phun xa. a1. Phơng pháp tính toán Các thông số cuối mũi phun. 1. Sơ đồ tính toán: (Hình 2) 1 Các thông số cuối mũi phun gồm có: chiều sâu, vận tốc và góc ra của luồng chảy phơng pháp tính sau đây đợc trình bày theo qui phạm. Để lập đờng cong mặt thoáng của dòng chảy không hàm khí trong phạm vi mũi phóng hình trụ, cần xác định đầy đủ độ sâu và vận tốc ở ba mặt cắt. Mặt cắt 1- 1 là mặt cắt cuối mũi phun. Mặt cắt 2 - 2 qua điểm thấp nhất của mặt cắt mũi phóng. Mặt cắt 3 - 3 là chỗ chuyển tiếp giữa đoạn phẳng và đoạn cong. Các thông số của mặt cắt 3 - 3 đợc xác định theo kết quả lập đờng cong mặt thoáng của dòng chảy trên tràn phẳng. ở hai mặt cắt còn lại vận tốc và chiều sâu đợc xác định theo phơng trình lu lợng không đổi (phơng trình liên tục); Và phơng trình Becnuli, lập theo trình tự sau: 1 Đối với mặt cắt 3-3, 2-2: 23 l. tb R. 2 tb c 2 tb v g2 2 2 v pu 2 h g2 2 3 v cos 3 h 3 y ++ +=++ (2) Đối với mặt cắt 2-2, 1-1 12 2 tb 2 tb 2 1 H 2 2 2 l. tb R.c v g2 v cos 1 h 1 y g2 v pu h +++=+ + (3) Trong đó : y 1 , y 3 : Độ chênh cao của đáy tại mặt cắt 1- 1 và 3-3 so với mặt phẳng so sánh đi qua điểm thấp nhất của mũi phóng L 3-2 , L 2-1 : Chiều dài của các đoạn trên mũi phóng V tb , R tb , C tb : Lần lợt là các trị số trung bình của vận tốc, bán kính thuỷ lực, hệ số Sêdi trên đoạn mũi phóng : Góc hợp bởi của phơng thẳng đứng và phơng vuông góc với trục luồng chảy P u /: Thành phần xét đến áp lực ly tâm do dòng chảy cong gây ra. Trong trờng hợp bán kính cong R H của mũi phóng đủ lớn so với chiều sâu dòng chảy, nghĩa là khi: R H /h 1 8, thì trị số Pu/ có thể tính theo hệ thức : g2 2 3 v H R 3 h2 u p = (4) Trong đó : h 1 , v 1 : Độ sâu và vận tốc ở mặt cắt 1-1 (đầu đoạn cong); R H /h 1 <8 , giá trị Pu/ có thể tìm theo công thức: ) 2 v 2 u 1( g2 2 3 v u P = (5) 2 u/v : vận tốc tơng đối . xác định theo đồ thị hình 3 phụ thuộc vào R H /h 1 Và góc ở tâm : Tỷ số u/v đợc xác định theo các đồ thị quan hệ ) h R ,(f v u 1 H = ( hình3) Góc 1 của luồng chảy ra từ mũi phóng và góc nghiêng của đáy mũi phóng đợc xác định bằng công thức: 1 = H - ( - 0 ) (6) Trong đó : Góc ở tâm H : Góc nghiêng của đáy mũi phóng 0 : Góc hợp giữa mặt tràn và phơng của trục luồng xác định theo đồ thị hình 4 phụ thuộc vào tỷ số R H /h 1 và góc ở tâm ; 3 Mũi phóng càng to thì độ chênh lệch giữa góc 1 của luồng chảy ra từ mũi phóng và góc nghiêng của đáy mũi phóng H càng lớn 2. Trình tự giải nh sau: Tính toán thủy lực đập tràn và xác định đợc giá trị h 3 Tra đồ thị (hình 3) xác định đợc tỷ số u/v. Tính toán P u / theo công thức (5) Tính h 2 theo công thức (2) Tính h 1 theo công thức (3), đây chính là cột nớc tại mũi phun. Tra đồ thị (hình 4) xác định đợc 0 . áp dụng công thức (6) tính đợc giá trị 1 a.2. Độ phóng xa của luồng chảy 3. Sơ đồ tính toán hố xói: (Hình 5) Độ phóng xa của luồng chảy khỏi mũi phóng hình trụ có thể xác định theo công thức thức. 4 ++= 1 2 sin 2 1 )1 1 Z 0 Z (11 1 2sin 2 1 Z.kL (7) Trong đó Z 1 : Chênh lệch giữa MNTL cao độ mũi phun Z 0 : Chênh lệch giữa MNTL với MNHL Hệ số vận tốc xét đến tổn thất của cột nớc trên toàn tuyến xả (đến tận mặt cắt ra của mũi phóng ) 1 1 gZ2 v = k : Hệ số , xét đến ảnh hởng hàm khí và tách hàm khí phóng xa Trị số k lấy nh sau : Khi Fr H = H 2 H gh v < 30 - 35 lấy k = 1 Khi Fr H > 35 lấy k = 0.8 - 0.9 Trong đó : Fr H : Số Frut tại mặt cắt dòng chảy ra khỏi mũi phóng 2 : Góc đổ của dòng chảy vào mặt nớc hạ lu tính theo công thức : 1 2 cos 1 2 v )a 1 cos 1 h5.0(g2 1 2 tg 2 tg + += (8) L 1 : Khoảng cách từ chân công trình đến đáy hố xói sâu nhất của luồng dẫn hạ lu đợc tính theo công thức 2 tg x h L 1 L += (9) Để đảm bảo cho không khí có thể đi vào phía dới luồng chảy và để tránh cho luồng bị ngập ở phía hạ lu thì cao độ của mũi phóng cần bố trí không đợc thấp hơn mực nớc cao nhất ở phía hạ lu; 5 3 h Hp MNTL V V V MNHL Zx hx hh Zđ bx 0 L L1 2 1 : 2 , 2 1:1,5 3 Luồng chảy ở mũi phóng sẽ bay xa nhất khi góc H nằm trong khoảng 30 0 ữ 35 0 a.3. Tính toán hố xói 4. Sơ đồ tính (Hình 5) 1. Công thức M.X.Vuzgo [7] 25.05.0 a21x Zqk.k.kh = (10) Z =(Z MP -Z MNHL )+V 1 2 /2g k 1 : Hệ số phụ thuộc vào địa chất nền. k 2 : Hệ số phụ thuộc góc phun H , K= sin H +1.34, nếu H =30 0 thì k = 2.34 k a : Hệ số ảnh hởng của hàm khí đến tiêu hao năng lợng phụ thuộc vào lu tốc v 1 : Cột nớc h 1 tại mũi phun. 2. Công thức dựa theo tài liệu của Mỹ [9] 54.0225.0 0X qZ32.1h ì= (11) Z 0 : Độ chênh mực nớc thợng hạ lu q : Lu lợng đơn vị 6 3. Công thức T.Kh.Akhmedov [10] ( ) C sin 1 sin 1 2 C 1 sin2 t 2.1 sin 1 sin 1 5.0 v7.0/v 10 b h 2 2 8.1 2kx 2 x + + + + + + = (12) V ks = Vận tốc không xói cho phép lớn nhất đối với nền đá hạ lu v kx = 10 (m/s) và = 20 o (đá nứt nẻ nhiều) v kx = 12 (m/s) và = 30 o (đá nứt nẻ vừa phải) b 2 = q/V 2 Với V 2 = 1 )ZhZt(g2 ; 1 - hệ số lu tốc ứng với mặt cắt cuối mũi phun : Góc ma sát trong của nền đá C : Thông số rối = 0,22 Lấy 2 45 o 1 = 0.89 ữ 0.91 đối với tính xói sau nhà máy (tuỳ trờng hợp) 1 = 0.857 đối với tính xói sau dốc nớc (lấy gần đúng theo kết quả tính) 4. Công thức của Mitxkhulap [5] h 2 2 v x h25.0 ctg175.01 sin ) u 5.2 w (49.2h + = (13 ) Trong đó: u v : Vận tốc của luồng chảy tại mặt cắt vào khi gặp mặt thoáng hạ lu. gZ2u v = (14 ) : Hệ số lu tốc = 0.85 0.95 (Phụ thuộc vào dạng công trình dâng nớc và điều kiện xả nớc). 2 : Góc vào của trục luồng chảy khi gặp mực nớc hạ lu. 7 : Hệ số chuyển tiếp từ vận tốc trung bình sang vận tốc tức thời. =1.5 2 w : Độ thô thủy lực của đất 0 0d 75.1 d)(g2 W = (15 ) Trong đó: d : Đờng k của hạt đất tơng ứng với thành phần hạt và hạt bé hơn nó trong đất chiếm 90%. đất , n :Dung trọng của đất và nớc 0 = (1-S); S : Nồng độ không khí trong luồng chảy, S=0.8. 5. Tính theo công thức của B.I. Studenhichnhichkov [11] 8.0 25.0 e x dg15.1 q Kh = (16) K= ) h Z k45,04,3(krk k 2 a0 25,1 x += (17) k 0 = 0,667 (loại luồng phóng qua đập tràn; =0,44 sau dốc n- ớc) Ka f(Fr) (hệ số tính đến hàm khí ứng với Fr1 >35); ka=f(Fr) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 Fr Ka 8 Z : Độ chênh mực nớc thợng hạ lu; =1 = 0,89 3 2 k g q h = Độ sâu phân giới Công thức (16) Đơn giản, có xét tới địa chất nền. 6. Tính theo công thức trong qui phạm [1]: ( ) +=+= 1 4 1 4 1 45.01.0 h d h FrFrhdh e h hxx (18) h x : Chiều sâu tính từ mặt nớc hạ lu đến đáy hố xói. h h : Chiều sâu nớc hạ lu 3 e W6 d = (19) Là đờng kính tơng đơng của khối đá nhỏ đợc tách ra do nứt nẻ (W là thể tích trung bình của các khối đá nhỏ). b) Tiêu năng theo hình thức dòng chảy đáy. b1. Nguyên tắc tiêu năng Đây là hình thức lợi dụng nội ma sát và sự va đập với công trình để tiêu hao năng lợng thừa. Sau công trình tiêu năng vẫn phải gia cố tiếp (Gọi là sân sau thứ hai). Hình thức này dùng với trờng hợp cột nớc không cao, thông thờng Z20m. Thuộc về hình thức này có: Đào bể, xây tờng hoặc bể tờng kết hợp (gọi chung là hình thức tạo bể). Ngoài ra còn áp dụng cách giảm độ sâu sau nớc nhảy bằng bố trí thiết bị tiêu năng phụ (Mố nhám, dầm tiêu năng ), tạo tờng phân dòng để khuyếch tán đều ở hạ lu, giảm tỷ lu lợng q, giảm chiều sâu sau nớc nhảy, làm đáy dốc ngợc khi mực n- ớc ở hạ lu nhỏ, làm đáy dốc thuận khi mực nớc ở hạ lu lớn 9 b2. Các phơng pháp tính toán tiêu năng dòng chảy đáy. Từ phơng trình (23) ta thấy rằng để đảm bảo nớc nhảy sau tràn là nớc nhảy ngập hoàn toàn thì: .h" c - h h <0. Điều này chỉ xảy ra khi chúng ta tìm cách giảm h" c hoặc làm tăng cột nớc hạ lu (h h ). Để giảm h" c chúng ta có thể làm tổn thất cột nớc trớc nó bằng cách tạo các thiết bị tiêu năng nh làm mố tiêu năng. Nhng giải pháp này tiêu hao năng lợng không đợc nhiều. Để tăng h h chúng ta có thể hạ thấp đáy hạ lu bằng hình thức tạo bể, hình thức này gồm có: Bể tiêu năng, tờng tiêu năng, bể t- ờng tiêu năng kết hợp. b.2.1. Phơng án dùng Bể tiêu năng Giả thiết chiều cao công trình, mực nớc thợng lu, lu lợng đơn vị qua công trình, và quan hệ lu lợng với mực nớc ở hạ lu là đã biết. Sơ đồ tính:(xem hình 9) Qui trình tính toán. - Điều kiện cân bằng về cột nớc trong bể. .h" c =d b +H, H=H h +Z Ta biết rằng lúc cha đào bể (lòng dẫn ở hạ lu ở cao hình đáy) thì cột nớc thợng lu so với đáy hạ lu là: . 2 2 0 0 g v EE += (24) ứng với E 0 , ta tính đợc độ sâu co hẹp h c và độ sâu liên hiệp với nó h'' c . Nếu h'' c > h h ' ta cần phải đào sâu đáy công trình xuống một độ sâu d trên một chiều dài l b , tạo thành một bể tiêu năng. Khi đào sâu xuống một đoạn d = đáy - bể thì cột nớc thợng lu so với đáy bể sẽ tăng lên: 10 [...]... tính toán tiêu năng chúng ta phải tính kiểm tra chế độ nối tiếp sau tờng Tính độ sâu liên hiệp h01, h"c1 Sau đó so sánh h"c1 với hh ta thấy h"c1 nhỏ hơn (h"c1 hb thì ta phải giả thiết giá trị d khác và tính lại từ đầu b2.2 Phơng án dùng tờng tiêu năng Sơ đồ tính toán (Hình 10) Qui trình tính toán 12 Trong trờng hợp này, ta giữ nguyên cao trình... của giáo s M Đ Tréc-tô-u-xốp đề ra công thức sau: (56) lb=ln+ l1 Trong đó ln l1 : Chiều dài nớc nhảy = l1= lrơi-s, hk c P c Hình 14: Sơ đồ t ín h toán chiều dài nước rơi : Một hệ số kinh nghiệm , lấy bằng 0.70 ữ 0,80 V.Đ Du-rin đa ra công thức thực nghiệm tính chiều dài bể tiêu năng lb = 3,2 H 0 ( c + d + 0,83H 0 ) + l1 (15 57 ) (57) A-gơ-rốt-skin đa ra công thức: lb= 3hb + l1 Cách tính l1 Trong... tính ra cột nớc H1: Bằng công thức (42), ta có thể xác định đợc chiều cao tờng c Các điều kiện cân bằng là: - điều kiện cân bằng về cột nớc trong bể - Điều kiện cân bằng về lu lợng qua tờng .h"c= Ct+H qtờng = qtr Trình tự tính toán Bớc1: Giả thiết Ct ( Ct là chiều cao tờng) Bớc2: Tính H1 theo (40); Bớc3: Tính H10 theo (42) Bớc4: Xác định lu lợng đơn vị qtuong theo biểu thức (41) Sau khi tính đợc... giá trị cố định) tính chiều cao tờng Bớc1: Tính chiều sâu co hẹp ứng với năng lợng E : E = E + d Sử dụng công thức (26) và thay E = E dùng phơng pháp thử dần ta xác định đợc giá trị hc 16 Bớc 2: Tính độ sâu liên hiệp, áp dụng công thức (28) thay số vào phơng trình ta có h"c (m) Bớc 3: Tính vận tốc đến gần trớc tờng dùng công thức (37) Bớc 4: Tính chiều cao tờng C bảo đảm điều kiện (46) Lu lợng qua... tờng ta lần lợt làm theo thứ tự sau đây: (Ta lấy lu lợng đơn vị tại tờng qtờng bằng lu lợng dơn vị tại tràn qtt) * Giả thiết C * Tính H1 =.h"c-d - C; H 10 ì Vb = H1 + 2g 2 * Xác định lu lợng đơn vị qtờng theo biểu thức (46) Sau khi tính đợc qtơng ta so sánh với giá trị q ban đầu nếu q tờng=qtt thì giá trị C0 nh giả thiết là đúng, nếu khác thì ta lại phải giả thiết lại C và tính lại theo các bớc trên . nhỏ). b) Tiêu năng theo hình thức dòng chảy đáy. b1. Nguyên tắc tiêu năng Đây là hình thức lợi dụng nội ma sát và sự va đập với công trình để tiêu hao năng lợng thừa. Sau công trình tiêu năng vẫn. bị tiêu năng nh làm mố tiêu năng. Nhng giải pháp này tiêu hao năng lợng không đợc nhiều. Để tăng h h chúng ta có thể hạ thấp đáy hạ lu bằng hình thức tạo bể, hình thức này gồm có: Bể tiêu năng, . a) Tiêu năng theo hình thức phun xa. a1. Phơng pháp tính toán Các thông số cuối mũi phun. 1. Sơ đồ tính toán: (Hình 2) 1 Các thông số cuối mũi phun gồm có: