Một cống lấy nước 3 cửa, mỗi cửa rộng b=8m, dùng van cung bán kính R. Mố trụ dày d, dài L, đầu trụ bán kính r. Sau ngưỡng tràn có bể tiêu năng (chiều sâu bể là d, chiều dài bể là Lb). Tiếp đó đến sân sau thứ 2 có chiều dài L2. Kênh hạ lưu có mái m=2; bề rộng đáy b=25m. Mực nước thượng lưu max cao trình +12,0m.
Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực MỤC LỤC MỤC LỤC....................................................................................................................................................................1 NGHI£N CøU THùC NGHIÖM M¤ H×NH THñY LùC.....................................................................................2 PhÇn 1...........................................................................................................................................................................2 TµI LIÖU C¥ B¶N Vµ Y£U CÇU TÝNH TO¸N.............................................................2 I. TÀI LIỆU CƠ BẢN.......................................................................................................................................2 Đề bài: ĐỀ SỐ 9..............................................................................................................2 1. Tài liệu về công trình:..................................................................................................2 2. Tài liệu về phòng Thí nghiệm:....................................................................................2 II. YÊU CẦU TÍNH TOÁN..............................................................................................................................2 PhÇn 2...........................................................................................................................................................................2 NéI DUNG TÝNH TO¸N....................................................................................................3 I. THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH CHUNG NHẤT.........................................................................................3 1. Cơ sở lý thuyết BucKingham......................................................................................3 2. Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều sâu bể tiêu năng tới chiều dài hố xói.....................3 II. CHỌN TỶ LỆ MÔ HÌNH............................................................................................................................7 1. Tiêu chuẩn tương tự.....................................................................................................7 2. Xác định phạm vi xây dựng mô hình..........................................................................7 3. Các yêu cầu khi chọn tỷ lệ mô hình.............................................................................8 4. Tính toán thiết kế mô hình...........................................................................................8 III. KẾT LUẬN...............................................................................................................................................12 Tµi liÖu tham kh¶o.........................................................................................................................................13 Học viên: – Lớp 14C1 1 Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực BµI TËP M¤N HäC NGHI£N CøU THùC NGHIÖM M¤ H×NH THñY LùC PhÇn 1 TµI LIÖU C¥ B¶N Vµ Y£U CÇU TÝNH TO¸N I. TÀI LIỆU CƠ BẢN Đề bài: ĐỀ SỐ 9 1. Tài liệu về công trình: Một cống lấy nước 3 cửa, mỗi cửa rộng b=8m, dùng van cung bán kính R. Mố trụ dày d, dài L, đầu trụ bán kính r. Sau ngưỡng tràn có bể tiêu năng (chiều sâu bể là d, chiều dài bể là Lb). Tiếp đó đến sân sau thứ 2 có chiều dài L 2. Kênh hạ lưu có mái m=2; bề rộng đáy b=25m. Mực nước thượng lưu max cao trình +12,0m. Sơ đồ cho như hình vẽ sau: R db Tmax R Lb L2 Lx r R d L 2. Tài liệu về phòng Thí nghiệm: - Phòng thí nghiệm rộng: bxl = 15x20 (m). - Lưu lượng cấp nước lớn nhất của trạm bơm: 80 l/s. II. YÊU CẦU TÍNH TOÁN 1. Thiết lập phương trình chung nhất, trong đó có sử dụng phương pháp Buckingham để lập sêri thí nghiệm: Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều sâu bể tiêu năng (db) tới chiều dài hố xói (Lx). 2. Chọn tỷ lệ mô hình để tiến hành thí nghiệm. PhÇn 2 Học viên: – Lớp 14C1 2 Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực NéI DUNG TÝNH TO¸N I. THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH CHUNG NHẤT. 1. Cơ sở lý thuyết BucKingham Mọi quan hệ vật lý giữa các đại lượng thứ nguyên đều có thể biểu diễn và viết như quan hệ giữa các đại lượng không thứ nguyên. Theo lý thuyết Buckingham là: có thể biểu diễn các đại lượng biến đổi a 1, a2, a3, ... an, mô tả hiện tượng thủy động lực học cần nghiên cứu trong một phiến hàm: f(a1, a2, a3 ... an) = 0 (2.1) Quan hệ (2.1) biểu diễn mối liên hệ của n đại lượng biến đổi độc lập với n thứ nguyên tương ứng. Quan hệ (2.1) có thể biểu diễn dưới một dạng khác của các biến không thứ nguyên Π1, Π2, Π3, ... với Π1, Π2, Π3, ... được thiết lập từ các đại luợng a1, a2, a3, ... an. Tổng số các biến không thứ nguyên sẽ ít hơn các đại lượng vật lý biến đổi, khi đó ta có: f( Π1, Π2, Π3 , ... ) = 0 (2.2) Phương trình (2.2) có (n-r) biến không thứ nguyên. Tổng các thứ nguyên cơ bản gần với tổng đại lượng biến đổi n thì giải bài toán sẽ đơn giản hơn. Thường r ≤ m. Trong đó m là số thứ nguyên cơ bản nhất có thể chọn được, thường m =3. Ba đại lượng cơ bản đó là: + Độ dài có thứ nguyên [L]; + Khối lượng có thứ nguyên [M]; + Thời gian có thứ nguyên là [T]. Tổ hợp không thứ nguyên độc lập Πi, được tạo nên từ (m+1) đại lượng trong số các đại lượng có trong (2.1). Việc xác định các hệ số không thứ nguyên nói trên được tiến hành theo các phương trình sau: a1x .a 2y .a3z .a 4 Π1 = a1x .a 2y .a3z .a5 Π2 = a1x .a 2y .a 3z .a 6 Π3 = (2.3) . . ……… a1x .a 2y .a3zi .a n , với i =n-r. Πi = Tiến hành làm phép tính cân bằng thứ nguyên ta tìm được các đại lượng Πi để tìm các sêri thí nghiệm nhằm giải quyết yêu cầu bài toán. 1 1 2 2 1 2 3 3 3 i i 2. Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều sâu bể tiêu năng tới chiều dài hố xói Hố xói sau sân thứ 2 của cống lấy nước phụ thuộc vào các yếu tố khác nhau: 2.1 Các yếu tố công trình. Học viên: – Lớp 14C1 3 Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực - Chiều cao ngưỡng tràn. - Hình dạng kích thước và vị trí cửa van. - Chiều dài toàn bộ đoạn gia cố (Lv). - Chiều rộng tràn nước và chiều rộng lòng dẫn hạ lưu. - Hình dạng và kích thước mố trụ. - Hình dạng mặt tràn. - Hình dạng và kích thước công trình nối tiếp. - Độ dốc lòng dẫn. 2.2 Các yếu tố dòng chảy. - Khối lượng riêng của nước và hệ số nhớt động học. - Lưu tốc trung bình mặt cắt. - Sự phân bố lưu tốc biểu thị qua hệ số Coirllis α. - Mức độ chảy rối của dòng chảy. - Mực nước thượng hạ lưu. - Lưu lượng đơn vị. - Hàm lượng bùn cát. 2.3 Các yếu tố đất nền: - Khối lượng riêng của đất nền. - Hình dạng kích thước hạt. - Đường cong cấp phối hạt. - Các yếu tố cơ lý khác của đất nền. Để nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước bể tiêu năng đến kích thước hố xói ở hạ lưu (Lx, Tx) có rất nhiều yếu tố. Trong phạm vi bài tập chỉ trình bày một số yếu tố chính cơ bản như sau: + Vận tốc v : - Thứ nguyên [L/T] + Diện tích mặt cắt ngang dòng chảy ω: - Thứ nguyên [L2] + Khối lượng riêng của nước ρ: - Thứ nguyên [M/L3] + Cột nước hạ lưu hh : - Thứ nguyên [L] + Chiều đoạn gia cố Lv: - Thứ nguyên [L] + Chiều sâu bể db: - Thứ nguyên [L] + Lưu lượng Q: - Thứ nguyên [L3/T] + Đất nền bao gồm các yếu tố: - Dung trọng γ: - Thứ nguyên [M/L3] - Đường kính hạt dh: - Thứ nguyên[L] Các yếu tố trên được viết như sau: db = f0(v, ω, ρ, hh, Lv, Q,γ, dh, Lx,Tx) Hay: F(db, v, ω, ρ, hh, Lv, Q, γ, dh, Lx,Tx) = 0 (2.4) Học viên: – Lớp 14C1 4 Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực Để xác định Πi tương ứng ta chọn các thông số cơ bản là: ω, v, ρ; các thứ nguyên cơ bản là: [L], [M], [T]. Bài toán có số ẩn n = 11, r = 3, vậy số hàm i = n-r = 11-3 = 8. Lập hàm: F (Π1, Π2, … Π8) Để xác định Πi tương ứng ta viết như sau: Π1 = ωx1. ρy1.vz1.hh Π2 = ωx2. ρy2.vz2.Lv Π3 = ωx3. ρy3.vz3. Q Π4 = ωx4. ρy4.vz4. γ (2.5) x5 y5 z5 Π5 = ω . ρ .v .dh Π6 = ωx6. ρy6.vz6.Lx Π7 = ωx7. ρy7.vz7.Tx Π8 = ωx8. ρy8.vz8.db Phân tích thứ nguyên của các đại lượng trong (2.5) ta có: Π1 = [L2]x1. [M/L3]y1.[ L/T]z1.[L] Π2 = [L2]x2. [M/L3]y2.[ L/T]z2.[L] Π3 = [L2]x3. [M/L3]y3.[ L/T]z3.[L3/T] Π = [L2]x4. [M/L3]y4.[ L/T]z4.[M/L3] (2.6) 2x1 – 3y1 + 4z1 + 12 =x50 3 y5 z5 Π5 = [L ] . [M/L ] .[ L/T] .[L] - z1 = 0 ⇒ x = -1/2; y = 0; z1 = 0; (1) Π6 = [L2]x6. [M/L3]y6.[1L/T]z6.[L]1 y1 = 0 Π7 = [L2]x7. [M/L3]y7.[ L/T]z7.[L] 2x2 – 3y2 Π +8z=2 +[L12]=x8.0[M/L3]y8.[ L/T]z8.[L] - z2 Khai = 0 triển phương trình ⇒ x2 thành: = -1/2; y2 = 0; z2 = 0; (2) (2.6) y2 = 0 Π1 = L 2x1-3y1+z1+1. T -z1. M y1 2x3 – 3y3Π +2z=3 +L 32x2-3y2+z2+1 = 0 . T -z2. M y2 y3 y = 0; z = -1; - z2-1 = 0 Π3 = L 2x3-3y3+z3+3. T ⇒-z3-1 x3. =M-1; (3) 2 3 y3 = 0 Π4 = L 2x4-3y4+z4-3. T -z4. M y4+1 (2.7) 2x5-3y5+z5+1 -z5 y5 2x4 – 3y4Π+5 z=4 -L3 = 0 .T .M 2x6-3y6+z6+1 y6 . T0;-z6-1 - z 4 = 0 Π6 = L ⇒ x 4 = y4.=M-1; z4 = 0; (4) 2x7-3y7+z7+1 -z7 y7 .T .M y4 +1 = 0 Π7 = L 2x8-3y8+z8+1 . T –z8. M y8 2x5 – 3y5 Π +8z=5 +L1 = 0 các Π - z Cân = 0 bằng thứ nguyên ⇒ x của = -1/2; y i =ta0;cóz các = 0;hệ phương (5)trình: 5 5 y5 = 0 2x6 – 3y6 + z6 + 1 = 0 5 5 - z6 - 1 = 0 y6 = 0 2x7 – 3y7 + z7 + 1 = 0 ⇒ x6 = 0; y6 = 0; z6 = -1; (6) - z7 = 0 y7 = 0 ⇒ x7 = -1/2; y7 = 0; z7 = 0; (7) 5 Học2x viên: – Lớp – 3y + z14C1 +1=0 8 - z8 = 0 y8 = 0 8 8 ⇒ x8 = -1/2; y8 = 0; z8 = 0; (8) Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực Thay các trị số mũ vừa tính được vào (2.5) ta có: Π1 = ω-1/2. ρ0.v0.hh = hh/ω1/2; Π2 = ω-1/2. ρ0.v0.Lv = Lv/ω1/2; Π3 = ω-1. ρ0.v-1. Q = Q/ω.v; Π4 = ω0. ρ-1.v0. γ = γ/ρ; Π5 = ω-1/2. ρ0.v0.dh = dh/ω1/2; Π6 = ω0. ρ0.v-1.Lx = Lx /v; Π7 = ω-1/2. ρ0.v0.Tx = Tx/ω1/2; Π8 = ω-1/2. ρ0.v0.db = db/ω1/2; (2.5’) Từ phương trình (2.4) ta có được phương trình chung nhất của sêri thí nghiệm: F(hh/ω1/2; Lv/ω1/2; Q/ω.v; γ/ρ; dh/ω1/2; Lx /v; Tx/ω1/2; db/ω1/2) = 0 (2.8) Như vậy: Khi nghiên cứu ảnh hưởng của độ sâu bể tiêu năng đến chiều dài hố xói, chúng ta phải xét đến quan hệ (2.8). Tuy nhiên trong thực tế để giảm bớt khối lượng thí Học viên: – Lớp 14C1 6 Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực nghiệm ta có thể định trước một số đại lượng mà ít ảnh hưởng đến đối tượng nghiên cứu, chỉ tập trung nghiên cứu ảnh hưởng trực tiếp của chiều sâu bể tiêu năng (d b)đến sự phát triển của hố xói (Tx) II. CHỌN TỶ LỆ MÔ HÌNH 1. Tiêu chuẩn tương tự. + Dòng chảy qua cống là dòng chảy hở chịu tác dụng của lực trọng trường là chính, tiêu chuẩn tương tự chọn là tiêu chuẩn Frút và cần đảm bảo mức độ rối như nhau, hệ số lực cản Sêzi phải đồng nhất. + Nghiên cứu thí nghiệm mô hình cống thường nghiên cứu theo 2 giai đoạn: - Giai đoạn nghiên cứu thí nghiệm lòng cứng nhằm xác định các thông số thủy lực; sau khi tiến hành sửa đổi các kích thước hoặc kết cấu tiêu năng của công trình phù hợp với yêu cầu của nhiệm vụ thiết kế thì mới chuyển sang giai đoạn thí nghiệm thứ 2. - Giai đoạn thí nghiệm thú 2 là giai đoạn nghiên cứu thí nghiệm mô hình lòng mềm; chủ yếu là để đánh giá khả năng xói lở ở vùng sân sau và lòng kênh dẫn hạ lưu. + Để đảm bảo định lượng khi nghiên cứu cần chú ý: - Fr = idem (2-9) - Re (mô hình) ≥ Regh (2-10) - C = idem (2-11) + Theo tiêu chuẩn Frút các tỷ lệ cơ bản được tính theo các công thức sau: - Tỷ lệ về độ dài hình học : λL - Tỷ lệ về lưu lượng : λQ=λL5/2 - Tỷ lệ vận tốc dòng chảy : λv=λL1/2 - Tỷ lệ về thời gian : λt=λL1/2 Tỷ lệ về độ nhám : λn=λL1/6 2. Xác định phạm vi xây dựng mô hình. 2.1. Chiều cao cần thiết của mô hình: Được xác định trên cơ sở cao trình mực nước lớn nhất thượng lưu; cao trình thấp nhất nền hạ lưu; khoảng an toàn lưu không thượng và hạ lưu. H = ∇max -∇min + ∆h (2.12) trong đó: ∇max- cao trình mực nước lớn nhất thượng lưu cần nghiên cứu ∇min- cao trình thấp nhất nền hạ lưu ∆h- khoảng chiều cao an toàn, để bố trí thoát nước tự do sau hạ lưu. 2.2. Chiều dài cần thiết của mô hình: Bằng tổng chiều dài các bộ phận công trình nghiên cứu; chiều dài phần thượng lưu để bố trí thiết bị giảm sóng tạo dòng chảy lặng vào cửa công trình và nghiên cứu Học viên: – Lớp 14C1 7 Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực ảnh hưởng của thượng lưu, cần thiết lấy thêm một khoảng gia tăng ở hạ lưu để bố trí thiết bị điều chỉnh mực nước, thiết bị thu hồi cát khi nghiên cứu mô hình dòng động và thoát nước hạ lưu: L = Lthượng lưu + Lngưỡng + Lbể + Lsân sau + Lhố xói + Lkênh hạ lưu + ∆L (2.13) 2.3. Chiều rộng cần thiết của mô hình. Là chiều rộng lớn nhất của công trình, tương ứng với cao trình mực nước lớn nhất thượng lưu (theo mặt cắt ướt), tăng thêm một khoảng an toàn và dùng để bố trí lối đi lại phục vụ cho đo đạc: B = Bmax + ∆B (2.14) 3. Các yêu cầu khi chọn tỷ lệ mô hình. Khi chọn tỷ lệ mô hình cần phải thoả mãn các yêu cầu sau: + Đảm bảo tiêu chuẩn tương tự + Mô hình đủ diện tích để bố trí đầy đủ các bộ phận công trình đã tính toán và theo tỷ lệ đã chọn. + Cần phải thoả mãn các điều kiện giới hạn của tương tự cơ học: - Cột nước tràn trên đỉnh ngưỡng h ≥ 50mm, - Lưu tốc dòng chảy v ≥ 0,23m/s. - Chiều cao dòng chảy trên mô hình h ≥ 15mm. khi dòng chảy dưới cửa van thì độ mở nhỏ nhất của cửa van a ≥ 60mm, cột nước áp lực h ≥ 3,3a. + Các thiết bị đo đạc có đủ khả năng đo được các thông số (như vmax, vmin, ...), khả năng phòng thí nghiệm có thể đáp ứng được về mặt cấp nước, trang thiết bị, có đủ khả năng cung cấp vật liệu cho mô hình. + Chọn tỷ lệ mô hình nhỏ nhất có thể. 4. Tính toán thiết kế mô hình. 4.1 Tính toán sơ bộ một số thông số để xác định tỷ lệ mô hình: + Để có thể tính toán tỷ lệ mô hình nghiên cứu, ngoài thông số đã cho cần phải xác định các kích thước khác: Chiều sâu bể tiêu năng db, chiều dài bể Lb, chiều dài sân sau thứ hai L2, chiều sâu hố xói lớn nhất Tx, lưu lượng lớn nhất, mực nước hạ lưu... + Giả sử khi cống tháo lưu lượng lớn nhất theo yêu cầu Q max, mực nước hạ lưu ở cao trình + 2,5 m, tương ứng độ sâu dòng chảy trên kênh h h=3,0m, độ dốc đáy kênh i=4.10-4, kênh đất có độ nhám n=0,025, chiều rộng đáy kênh b=25m, mái kênh m=2. Theo công thức dòng chảy trong kênh đều ta có: Q = ω.C R.i Kết quả tính toán như bảng sau: Học viên: – Lớp 14C1 8 Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực Qtk (m3/s) i n mt mp btk (m) vtk (m2) ctk (m) Rtk Ctk htk (m) Vtk (m/s) 134,14 0,0004 0,025 2,00 2,00 25,0 93,01 38,42 2,42 46,35 3,00 1,44 Kết quả tính toán ở bảng trên, ta được Qmax = 134,14 m3/s. - Chiều sâu dòng chảy trên sân thứ 2 có thể tính gần đúng theo công thức đập tràn đỉnh rộng : h s2 Q = 4,43mb k 2/3 134,14 = 4,43 * 2 * 25 2/3 = 0,72m - Với Qmax = 134,14 m3/s; Eo = 12 - (-0,5) = 12,5m; b= 25,0m; m =2; H h = htk = 3,0m; ta có: q= Q 134,14 = = 4,33m 3 / s.m (b + m.H h ) (25 + 2 * 3) - Tính: F(τ c ) = q 4,44 = = 0,1031 3/ 2 ϕ.E 0 0,95 * 12,5 3 / 2 Tra bảng tính thủy lực ta có: τc = 0,0235; τc” = 0,2764 Từ đây ta có: hco = Eo*τc = 0,29m; hco” = Eo*τc” = 3,46m; - Tính chiều sâu bể lần thứ nhất: db = hco” – Hh = 3,46 – 3,00 = 0,46m - Tính lại Eo’= Eo + db = 12,5 + 0,46 = 12,96 m - Tính lại độ sâu liên hiệp, ta có: F(τ c ) = q 4,44 = = 0,0977 ' 3/ 2 ϕ.(E 0 ) 0,95 * 12,96 3 / 2 ⇒ τc = 0,0251; τc” = 0,2709 Từ đây ta có: hc1 = E’o*τc = 0,32m; hco” = E’o*τc” = 3,51m; - Xác định độ chênh lệch mực nước ở ngưỡng bể tiêu năng ∆Z = q2 q2 4,33 2 4,33 2 − = − = 0,0066 m 2gH 2h 2gh "c2 2 * 9,81 * 3 2 2 * 9,81 * 3,512 - Tính lại độ sâu bể tiêu năng: db = σ.hc1”- Hh - ∆Z= 1,2*3,51 – 3,00 - 0,0066 = 1,204 m Vậy chọn db = 1,50 m - Chiều dài bể tiêu năng: Lb= 0,8*ln = 0,8*4,5* hc1” = 0,8*4,5*3,51 = 12,633 m Chọn Lb = 13,0m - Chiều dài sân sau thứ hai: Học viên: – Lớp 14C1 9 Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực L 2 = k q h = (10 ÷ 12) q h = (10 ÷ 12) 4,33 * 3,51 = (36,0 ÷ 43,2)m Với h là chênh lệch mực nước thượng hạ lưu, h = 12,0 - 3,0 =9,0m Như vậy, chọn L2 = 40m - Chiều sâu lớn nhất hố xói gần đúng coi bằng chiều sâu bể tiêu năng: Tx = db = 0,8 m - Chiều sâu lớn nhất hố xói: theo kết quả nghiên cứu của GS.TS Phạm Ngọc Quý là: Tx= 3,6*db = 3,6*1,5 = 5,40m Chọn Lx = 6,0 m 4.2 Xác định các kích thước mô hình thí nghiệm. + Chiều cao cần thiết: Theo công thức (2.12) H = ∇max - ∇min + ∆h = 12 - (- 2,5) + 0,5 =15m. + Chiều dài cần thiết: Theo công thức (2.13) L= Lthượng lưu + Lngưỡng + Lbể + Lsân sau + Lhố xói + Lkênh hạ lưu + ∆L Trong đó: Lthượng lưu= 6*Ht = 6*12 = 72m, chọn Lthượng lưu= 70m Lngưỡng = 5m; Lbể = 13m; Lsân sau= L2 = 40m; Lhố xói =6,0m, Lkênh HL + ∆L= 26m ⇒ L = 70 + 5 + 13 + 40 + 6 + 26 = 160m + Chiều rộng cần thiết: Theo công thức (2.14) - Giả sử tường cánh của cống có chiều rộng mỗi bên là: Btường =8m - Chiều rộng phần kênh hạ lưu là: Bk= 25 + 2mHh=25 + 2*2*3 = 37m - Chiều rộng phần của cống: B=3Bc+Btrụ+2Btường=3*8 + 2*1,0 + 2*8= 42m Chọn: B= Bmax + ∆B = 42 + 8 = 50m. 4.3 Chọn tỷ lệ mô hình. + Chọn tỷ lệ mô hình theo khả năng tối đa của máy bơm cấp nước. Theo tiêu chuẩn Fr: Tỷ lệ về lưu lượng λQ= Qt = λL5/2 ⇒ λL= (Qt/Qm)2/5 = (134,14/0,08)2/5 = 19,49 Qm Chọn λ L=20. 4.4 Kiểm tra kính thước mô hình và các điều kiện giới hạn: - Chiều cao mô hình : Hm= 15/20 = 0,75 m Học viên: – Lớp 14C1 10 Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực - Chiều dài mô hình : Lm=160/20 = 8,0 m < [20] m - Chiều rộng mô hình : Bm=50/20 = 2,5 m < [15] m Với phòng thí nghiệm có kích thước: BxL = 15 x 20 (m) hoàn toàn có thể bố trí mô hình thí nghiệm. 4.5 Kiểm tra điều kiện giới hạn. + Điều kiện số Re: Rem ≥ Regh - Khi tiến hành thí nghiệm theo điều kiện giới hạn để có thể bỏ qua sức căng mặt ngoài thì cột nước trên đỉnh tràn h ≥ 50mm, tương ứng cột nước thực tế h=1,0m. - Lưu lượng qua đập tràn thực dụng ta tính được Qt =134,14 m3/s, vận tốc trên đỉnh đập tràn vt=1,44 m/s, tương ứng trong mô hình có Qm = vm= Q t 134,14 = = 75 l/s và λ5L/ 2 20 5 / 2 vt 1,44 = 5 / 2 = 0,32m/s. 1/ 2 λL 20 - Lấy nhiệt độ trung bình của nước trong thời gian thí nghiệm là 20 oC thì độ nhớt động học của nước là: ν= 0,01 cm2/s ⇒ Hệ số Râynol nhỏ nhất trên mô hình được xác định: Rem= 0,32x 0,05 v.h = = 16.000 0,01x10 − 4 ν Mặt khác hệ số Râynol (Regh) giới hạn của mô hình được xác định theo công thức: R egh = 14.R m ∆m εm Trong đó: ε: hệ số sức cản do ma sát, đối với lòng dẫn tự nhiên lấy εm = 0,03 ÷ 0,04 ∆m: là độ gồ ghề của lòng dẫn khi chế tạo mô hình, trát địa hình ∆m ≈ 1,0mm; Rm ≈ hm ứng với độ sâu nhỏ nhất trong mô hình hm = 50mm (tương ứng với cột nước nhỏ nhất ngoài thực tế là 1,0m) ⇒ R egh = 14.R m ∆m εm = 14 * 50 1 * 0,03 = 4041,5 Như vậy: Rem =16.000 ≥ Regh = 4.041,5 Có thể kết luận rằng chọn λL=20 để thiết kế mô hình tổng thể cho công trình cống lấy nước (theo yêu cầu bài ra) là thỏa mãn điều kiện. + Điều kiện về độ nhám, chọn vật liệu mô hình: nt - Theo tiêu chuẩn Fr: λn = n =λL1/6 m Học viên: – Lớp 14C1 11 Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực - Đối với cống, bể tiêu năng bằng bê tông có n =0,014 ⇒ nm = nt = 0,0085 λ1L/ 6 ⇒ Có thể chọn vật liệu là chất dẻo. - Đối với kênh dẫn, các bộ phận có n =0,025, tương tự như trên ta tính được nm=0,015 ⇒ Có thể chọn vật liệu là vữa xi măng cát vàng. Với tỷ lệ mô hình λL = 20 hoàn toàn thỏa mãn các điều kiện tương tự cũng như việc bố trí trên mô hình và cung cấp nước cho thí nghiệm Từ các kết quả tính toán trên, ta thu được các thông số sơ bản của mô hình như sau: Tỷ lệ mô hình 20 Lưu lượng mô hình max (l/s) 75 Chiều cao mô hình (m) Chiều dài mô hình (m) Chiều rộng mô hình (m) 0,75 8,0 2,5 III. KẾT LUẬN Khi nghiên cứu ảnh hưởng của chiều sâu bể tiêu năng đến kích thước chiều dài hố xói của cống như đã trình bày ở trên thuộc loại mô hình không gian, tổng thể và lòng dẫn cứng. Do điều kiện thời gian và hiểu biết còn hạn chế nên ở đây tác giả mới giả thiết một số một số trường hợp để tính toán lựa chọn mô hình, còn những phần quan trọng khác trong thiết kế mô hình chưa có điều kiện đề cập đến. Công việc thí nghiệm là một công việc quan trọng trong quá trình thiết kế công trình, do đó cần phải có sự thận trọng, tỷ mỉ, chính xác, tránh sai sót. Vì thí nghiệm là khâu cuối cùng trong công nghệ thiết kế và kết quả của nó thường được áp dụng ngay cho các công trình thực tể và bổ sung cho các nghiên cứu cơ bản. Học viên: – Lớp 14C1 12 Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực Tµi liÖu tham kh¶o 1. M« h×nh to¸n vµ m« h×nh vËt lý c«ng tr×nh thuû lîi. (Bµi gi¶ng cao häc) PGS.TS. Ph¹m Ngäc Quý, Hµ Néi 8/1998. 2. Mét sè vÊn ®Ò tÝnh to¸n thuû lùc nèi tiÕp h¹ lu vµ xãi sau c«ng tr×nh thuû lîi. (Bµi gi¶ng cao häc) PGS.TS. Ph¹m Ngäc Quý, Hµ Néi 1995. 3. Nèi tiÕp vµ tiªu n¨ng ë h¹ lu c«ng tr×nh thuû lîi. PGS.TS. Ph¹m Ngäc Quý, NXB X©y dùng 2003. 4. PGS.TS TrÇn Quèc Thëng: ThÝ nghiÖm m« h×nh Thñy lùc c«ng tr×nh 5. Gi¸o tr×nh thñy lùc tËp 1,2 (NhiÒu t¸c gi¶ - Nhµ xuÊt b¶n §¹i häc vµ trung häc chuyªn nghiÖp, Hµ néi - 1978). 6. Sæ tay tÝnh to¸n thñy lùc NXB Mir 1984. - P.G Kixªlep . Học viên: – Lớp 14C1 13 [...]... tham khảo 1 Mô hình toán và mô hình vật lý công trình thuỷ lợi (Bài giảng cao học) PGS.TS Phạm Ngọc Quý, Hà Nội 8/1998 2 Một số vấn đề tính toán thuỷ lực nối tiếp hạ lu và xói sau công trình thuỷ lợi (Bài giảng cao học) PGS.TS Phạm Ngọc Quý, Hà Nội 1995 3 Nối tiếp và tiêu năng ở hạ lu công trình thuỷ lợi PGS.TS Phạm Ngọc Quý, NXB Xây dựng 2003 4 PGS.TS Trần Quốc Thởng: Thí nghiệm mô hình Thủy lực công... lu công trình thuỷ lợi PGS.TS Phạm Ngọc Quý, NXB Xây dựng 2003 4 PGS.TS Trần Quốc Thởng: Thí nghiệm mô hình Thủy lực công trình 5 Giáo trình thủy lực tập 1,2 (Nhiều tác giả - Nhà xuất bản Đại học và trung học chuyên nghiệp, Hà nội - 1978) 6 Sổ tay tính toán thủy lực NXB Mir 1984 - P.G Kixêlep Hc viờn: Lp 14C1 13 ...Nghiờn cu thc nghim mụ hỡnh Thy lc BàI TậP MÔN HọC NGHIÊN CứU THựC NGHIệM MÔ HìNH THủY LựC Phần TàI LIệU CƠ BảN Và YÊU CầU TíNH TOáN I TI LIU C BN bi: S Ti... Quốc Thởng: Thí nghiệm mô hình Thủy lực công trình Giáo trình thủy lực tập 1,2 (Nhiều tác giả - Nhà xuất Đại học trung học chuyên nghiệp, Hà nội - 1978) Sổ tay tính toán thủy lực NXB Mir 1984... khảo Mô hình toán mô hình vật lý công trình thuỷ lợi (Bài giảng cao học) PGS.TS Phạm Ngọc Quý, Hà Nội 8/1998 Một số vấn đề tính toán thuỷ lực nối tiếp hạ lu xói sau công trình thuỷ lợi (Bài giảng