Bài giảng nghiên cứu thực nghiệm thủy lực

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM THỦY LỰC CHÀO MỪNG CÁC ANH, CÁC CHỊ HỌC VIÊN CAO HỌC Đến với môn học NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM THỦY LỰC GS.TS Phạm Ngọc Quý NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM THỦY LỰC ­ Là môn học chương trình đào tạo chuyên ngành C.Trình thủy ­ Có chương: Chương 1: Mở đầu Chương 2: Lý thuyết tương tự tượng thủy động lực học Chương 3: Phương pháp kỹ thuật thực nghiệm mô hình Thủy lực Chương 4: Mô hình hóa tượng thủy lực Chương 5: Thực nghiệm mô hình tương tự Chương 6: Nghiên cứu thực tế ­ Theo giảng sách tham khảo CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU GS TS Phạm Ngọc Quý MỞ ĐẦU ­ Thủy động lực học vấn đề thủy lực công trình ­ Thủy lực động học khoa học quy luật chuyển động chất lỏng thực tác động tương hỗ với môi trường xung quanh ­ Những định luật D.Bernoulli; L.Euler đưa thể kỷ 18 ­ Đến kỷ 19 nhiều nhà khoa học có thành công: Saintvenant, Giukovsky, Boussines ­ Thế kỷ 20 phát triển rầm rộ ­ Thực tế rằng: Thực nghiệm mô hình thủy lực ngày phát triển thiếu nghiên cứu thủy động lực học §1.1 PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT CÁC VẤN ĐỀ THỦY ĐỘNG LỰC HỌC Các phương pháp: ­ Phương pháp lý luận ­ Phương pháp đồ giải ­ Phương pháp thực ­ Phương pháp kết hợp §1.1 PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT CÁC VẤN ĐỀ THỦY ĐỘNG LỰC HỌC ­ Mỗi phương pháp mạnh riêng ­ Đều có dẫn đến sử dụng tin học ­ Phát triển theo hai hướng: Các phương pháp cổ điển có hỗ trợ tin học Tìm kiếm phương pháp (phải nhanh, xác đáp ứng yêu cầu) ­ Có ý kiến cho rằng: Trong nghiên cứu thủy lực, mô hình toán cho kết xác hơn, tiện Song nghiên cứu mô hình phát triển mạnh riêng §1.1 PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT CÁC VẤN ĐỀ THỦY ĐỘNG LỰC HỌC §1.1 PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT CÁC VẤN ĐỀ THỦY ĐỘNG LỰC HỌC §1.2 NỘI DUNG CỦA THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH THỦY LỰC Các loại nghiên cứu thực nghiệm - Nghiên cứu bản: Giải vấn đề chung, phạm vi rộng - Nghiên cứu ứng dụng: Giải vấn đề cụ thể Không có ranh giới hai loại Ngày đan xen vào I §1.2 NỘI DUNG CỦA THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH THỦY LỰC II Nội dung thực mô hình thuỷ lực Hiện tượngTĐLH Phân tích toán học Phân tích thứ nguyên Mô hình toán học TT băng số TT tương tự TT phối hợp Nghiên cứu thực tế Mô hình vật lý MH thủy lực MH khí MHtương tự tự CHƯƠNG V: THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH TƯƠNG TỰ GS TS Phạm Ngọc Quý §5-1 NGUYÊN TẮC CỦA THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH TƯƠNG TỰ     ­ Là phương pháp thường dùng ­ Dựa tương tự dòng nước với tượng vật lý khác ­ Nguyên tắc: Dựa giống hình thức toán học (các phương trình miêu tả tượng vật lý khác có hình thức toán học nhau) ­ Cách tiến hành: Nghiên cứu trình tượng vật lý cách đo đại lượng biểu thị tượng vật lý khác, sau chuyển §5-2 PHƯƠNG PHÁP TƯƠNG TỰ ĐIỆN-THỦY ĐỘNG LỰC HỌC               Khái quát: ­ Dùng để giải toán thấm phức tạp ­ Do Pavolovski đề suất năm 1922 ­ Phương pháp dựa tương tự hoàn toàn toán học (bảng 5­4) Sơ đồ thí nghiệm (hình 5-1) gồm ba phần: ­ Phần cung cấp điện ­ Mạch đo (nối theo nguyên tắc cầu uystơn) ­ Mô hình điện (đồng dạng với miền thấm) Tiến hành: ­ Điểm 1,2 cố định ­ Điểm di động ­ Ứng với điểm đó, ta di động điểm (đâu đo) cho điện kế G số Nối điểm có đường đẳng điện ­ Thay đổi sang điểm khác ta có đường đẳng điện Cuối có họ đường đẳng điện tương tự đường căng cột nước thấm ­ Vẽ họ đường dòng theo phương pháp vẽ lưới §5-3 TƯƠNG TỰ KHE HẸP ­ Là tương tự dòng chảy tầng dịch thể khe hẹp hai phẳng song song với đặc trưng dòng thấm môi trường rời rạc ­ Là tương tự tượng vật lý môi trường với tượng vật lý môi trường khác ­ Điều kiện tương tự bảo toàn chế độ chảy tầng dịch thể khe hẹp phương trình: Re  V d   Rek  500 với d: chiều rộng khe hẹp + Khu vực chảy mô hình khe hẹp phải tuân theo tương tự hình học với miền thấm thực tế + Điều kiện biên đảm bảo + Khi d   (mm) với Glycerin d  0,1  0,3 (mm) với nước §5-3 TƯƠNG TỰ KHE HẸP ­ Các tỉ lệ: l  t m  k hay v  k km Q Q h   Q  t  t t  k l Qm Vm hm d d v  k  t  l k ­ Ứng dụng: + Nghiên cứu dòng thấm có mặt thoáng + Dùng tia màu đưa vào khe hẹp để thấy hình ảnh đường dòng §5-4 TƯƠNG TỰ THỦY KHÍ      ­ Dùng khí thay cho dùng chất lỏng, giảm nhỏ lực dùng vật liệu nhẹ ­ Khí nhẹ nên V lớn, Re lớn ­ Đưa không khí vào mô hình quạt ­ Dùng để nghiên cứu dòng có áp, ổn định (ống áp lực, giếng điều áp, ống hút, ống xả, đường hầm, ống cấp nước ); dùng cho nghiên cứu tổn thất (dọc đường cục bộ); bố trí tổng thể ­ Khi nghiên cứu dòng hở mô hình khí thay mực nước bảng kính nhẵn NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM THỦY LỰC Kết thúc chương Chúc bạn học viên cao học: Tâm bất biến, dòng đời vạn biến CHƯƠNG VI: NGHIÊN CỨU TRONG THỰC TẾ GS TS Phạm Ngọc Quý §6-1 MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA VÀ NỘI DUNG            Mục đích: ­ Củng cố nâng cao chất lượng, phát huy hiệu ích ­ Kiểm tra mức độ xác giải pháp công trình, lý thuyết tính toán ­ Rút kết luận, kinh nghiệm phục vụ cho phát triển Ý nghĩa: Kinh tế ­ khoa học kỹ thuật ­ thực tế Nội dung: ­ Sử dụng công trình ­ Quan trắc yếu tố thủy lực ­ Bảo dưỡng ­ Sửa chữa, khắc phục kịp thời cố ­ Phòng chống bão lụt ­ Mở rộng tôn cao §6-2 NGUYÊN TẮC VÀ PHƯƠNG PHÁP QUAN TRẮC CÁC YẾU TỐ THỦY LỰC            Nguyên tắc: ­ Toàn diện ­ Hợp lý số lần thời điểm ­ Quan trắc đồng thời yếu tố có liên quan ­ Ghi chép chỉnh biên ­ Phân tích rút kết luận Phương pháp: ­ Bằng mắt ­ Lấy mẫu phân tích ­ Quan trắc mặt ­ Quan trắc thiết bị đặt sẵn bên §6-3 QUAN TRẮC CÁC YẾU TỐ THỦY LỰC Quan trắc mực nước: ­ Cột thủy trí ­ Máy tự ghi Quan trắc độ dốc đường mực nước: ­ Đo Zd, Zc đồng thời hai mặt cắt cách L Tính i  Zd _ Zc L Quan trắc lưu tốc lưu lượng: ­ Đo lưu lượng bằng: + Đo thể tích + Tràn đơn vị + Ống Venturi + Làm loãng dung dịch có nồng độ cao §6-3 QUAN TRẮC CÁC YẾU TỐ THỦY LỰC ­ Đo lưu tốc điểm: + Máy đo + Lưu tốc kế (tự ghi, số) + Phao Đo độ nhám lòng dẫn: Đo phương pháp gián tiếp ­ Đo độ chênh mực nước hai mặt cắt, kích thước hình học hai mặt cắt Từ có n ­ Ví dụ theo Maning:   1  n  S tb Rtb3  z2       Q   c  d  l Với   0,05 với kính lăng trụ   0,03 với kênh mở rộng đầu   0,056 với kênh thu hẹp dần §6-3 QUAN TRẮC CÁC YẾU TỐ THỦY LỰC Quan trắc bùn cát:  ­ Là hạt rắn  ­ Đo bằng:  + Máy siêu âm  + Máy đo bùn cát  Đo áp lực đẩy ngược thấm: ­Đo phương pháp: + Gián tiếp (áp kế) + Trực tiếp (gắn ống đo vào nơi cần đo)  Đo lưu lượng thấm phương pháp ­ đo thể tích, đập tràn tiêu chuẩn  Đo áp lực dòng nước: dùng ống đo áp áp kế  Quan trắc chất lượng nước: phương pháp vật lý, hóa học  QUAN TRẮC CẢM ƠN CÁC ANH, CHỊ HỌC VIÊN CAO HỌC! Kính chúc vui vẻ, khoẻ mạnh thành công GS TS Phạm Ngọc Quý [...]...§1.2 NỘI DUNG CỦA THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH THỦY LỰC III/Các bước tiến hành nghiên cứu thực nghiệm một vấn đề thủy đông lực học: 1/Xác định mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu 2/Xác định các đại lượng ảnh hưởng đến hiện tượng nghiên cứu, lập phương trình chung nhất thể hiện sự liên hệ giữa các đại lượng (có sử dụng PP Buckingham­PP... đến được bất kỳ vị trí nào để đo đạc + Có thể quan sát và nghiên cứu lâu một hiện tượng hoặc đồng thời các yếu tố NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM THỦY LỰC Kết thúc chương 1 Chúc các bạn học viên cao học: Sống vươn lên, theo kịp ánh ban mai CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT TƯƠNG TỰ CÁC HIỆN TƯỢNG THỦY ĐỘNG LỰC HỌC GS TS Phạm Ngọc Quý §2.1 KHÁI NIỆM CHUNG  Nghiên cứu các hiện tượng trên mô hình dựa trên lý thuyết tương... Giải quyết những vấn đề thực tế mà không được giải quyết thỏa đáng bằng con đường lý luận 2 Phát hiện ra quy luật của các hiện tượng và định nghĩa 3 Kiểm tra, bổ sung, chính xác hóa các công thức lý thuyết 4 Thiết lập quan hệ thực nghiệm 5 Kỉêm tra các kết quả tính toán theo lý thuyết §1.4 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH THỦY LỰC * Tiện ích: + Kích thước bé hơn so với thực tế + Đo các đại lượng... Mô hình toán ­ Dựa trên sự tương tự giữa thực thể và tư duy ­ Tiện cho nghiên cứu hiện tượng vật lý phức tạp có thể toán học hoá được ­ Mô hình toán một hiện tượng vật lý được tạo thành: + Từ một mô hình thực + Từ sự biểu thị bằng toán học các mối quan hệ vật lý + Từ các phương pháp giải được bằng toán học §1.4 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH THỦY LỰC * Mục đích: ­ Khảo sát những quy luật... hiện tượng bằng công cụ vật lý và toán học hợp lý để nghiên cứu nó hiệu quả III Mô hình vật lý ­ Là sự tương tự giữa hai thực thể ­ Mô hình thủy lực là một loại của mô hình vật lý ­ Vật liệu giống trong thực tế ­ Mô hình hóa hiện tượng thủy lực dựa trên lý thuyết tương tự ­ Tiêu chuẩn tương tự, giúp thiết kế mô hình và chuyển đổi kết quả từ mô hình ra thực tiễn §1.3 MÔ HÌNH VẬT LÝ VÀ MÔ HÌNH TÍNH TOÁN... là gì ? * Là hình ảnh của tư duy hoặc là sản phẩm vật chất được tạo ra bằng các vật liệu khác nhau ; nhằm phản ảnh hoặc đồng dạng với đối tượng nghiên cứu ; những kết quả nghiên cứu trên đó đem đến những thông tin chính xác về đối tượng cần nghiên cứu trong thực tế * Mô hình chia ra: ­ Cụ thề và trìu tượng ­ Mô hình toán và mô hình lý ­ Mô hình giải tích và mô hình số ­ Mô hình động và mô hình tĩnh... không thứ nguyên (nhân, chia, căn thức, lũy thừa): F(12; 2 ; 1 2 3; … ) = 0 (2­4) 3 §2.2 PHÂN TÍCH THỨ NGUYÊN VÀ ỨNG DỤNG Chú ý: + Nghiên cứu trên mô hình là khảo sát bằng thực nghiệm quan hệ tương hỗ giữa các biến không thứ nguyên + Trong nghiên cứu: Mỗi thí nghiệm, các biến giữ nguyên, trừ hai biến thay đổi Một biến do ta chủ động thay đổi, còn biến kia quan sát theo dõi (đo) Ví dụ: Áp dụng... NGUYÊN VÀ ỨNG DỤNG ­ Là một phương pháp nghiên cứu hiện tượng thủy lực ­ Cơ sở lý luận: + Một phương trình vật lý đúng phải là một phương trình đồng nhất về thứ nguyên Ví dụ: Q = mb 2 g Ho3/2 + Điều ngược lại: một phương trình cân bằng thứ nguyên không phải luôn là một phương trình vật lý đúng + Cũng không thể nói rằng: mọi phương trình miêu tả hiện tượng thủy lực đều sẽ cân bằng thứ nguyên ­ Phân tích... mục tiêu, mục đích 2 Xác định các đại lượng biến đổi và không biên đổi ảnh hưởng, tác động đến hiện tượng nghiên cứu và viết dưới dạng hàm số: f(a1,a2, an) = 0 (2­1) Trong n đại lượng có: Đại lượng biến đổi, đại lượng không biến đổi, đại lượng ảnh hưởng nhiều ít khác nhau đến hiện tượng nghiên cứu 3.Viết quan hệ (2­1) dưới dạng một quan hệ giữa các biến không thứ nguyên 1, 2 được thiết lập từ các... lượng (có sử dụng PP Buckingham­PP Phân tích thứ nguyên) 3/Xác định loại mô hình, vị trí đạt mô hình, tỷ lệ mô hình, sêry thí nghiệm, thiết bị và phương pháp đo, phương pháp đánh giá kết quả 4/ Thiết kế, chế tạo, lắp đặt mô hình 5/ Tiến hành thực nghiệm 6/ Đánh giá kết quả thí nghiệm 7/ Kết luận, viết báo cáo và kết thúc công việc §1.3 MÔ HÌNH VẬT LÝ VÀ MÔ HÌNH TÍNH TOÁN I Mô hình là gì ? * Là hình ảnh ... QUYẾT CÁC VẤN ĐỀ THỦY ĐỘNG LỰC HỌC §1.2 NỘI DUNG CỦA THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH THỦY LỰC Các loại nghiên cứu thực nghiệm - Nghiên cứu bản: Giải vấn đề chung, phạm vi rộng - Nghiên cứu ứng dụng: Giải... Chương 3: Phương pháp kỹ thuật thực nghiệm mô hình Thủy lực Chương 4: Mô hình hóa tượng thủy lực Chương 5: Thực nghiệm mô hình tương tự Chương 6: Nghiên cứu thực tế ­ Theo giảng sách tham khảo CHƯƠNG... thực tế Mô hình vật lý MH thủy lực MH khí MHtương tự tự §1.2 NỘI DUNG CỦA THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH THỦY LỰC III/Các bước tiến hành nghiên cứu thực nghiệm vấn đề thủy đông lực học: 1/Xác định mục tiêu,