Ứng dụng phương pháp sai phân hữu hạn tính toán nước và trong đường ống áp lực nhà máy thủy điện thượng Kon Tu

Header Page of 126 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG *** VÕ CÔNG VINH ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP SAI PHÂN HỮU HẠN TÍNH TOÁN NƯỚC VA TRONG ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN THƯỢNG KON TUM Chuyên ngành : Tưới tiêu cho trồng (Thủy lợi) Mã số : 60.62.27 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS NGUYỄN THỐNG Đà Nẵng, Năm 2010 Footer Page of 126 Header Page of 126 Công trình ñược hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN THỐNG Phản biện 1: GS.TS Nguyễn Thế Hùng Phản biện 2: TS Nguyễn Đình Xân Luận văn ñược bảo vệ Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kĩ thuật họp Đại Học Đà Nẵng vào ngày 28 tháng năm 2010 * Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Tư liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tầm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Footer Page of 126 Header Page of 126 MỞ ĐẦU Lý nghiên cứu ñề tài: Khi thiết kế trạm thuỷ ñiện, việc tính toán nước va ảnh hưởng dao ñộng mực nước tháp ñiều áp cần thiết Nó ñịnh ñến quy mô kích thước kết cấu công trình, chí ảnh hưởng ñến phương án khai thác tính kinh tế dự án Có nhiều phương pháp phổ biến ñể giải vấn ñề nước va ñường ống có áp Tuy nhiên chương trình tính toán nước va nước ta hạn chế Trong nước có chương trình tính toán nước va Transient 7.0 trường ĐH Thủy lợi ñang ñược số Công Ty Tư Vấn Thiết Kế Điện áp dụng cho dự án gần ñây Để góp phần vào việc nghiên cứu chương trình giải toán nước va áp dụng thiết kế thủy ñiện Luận văn dựa nghiên cứu ñây việc áp dụng phương pháp sai phân vào giải toán ñạo hàm riêng phi tuyến mô tả tượng nước va ñường ống có áp Mục ñích nghiên cứu Tính toán giá trị nước va (âm, dương) ñường ống áp lực có kể ñến làm việc ñồng thời giếng ñiều áp Giải phương trình ñạo hàm riêng phi tuyến mô tả tượng nước va ñường ống áp lực phương pháp sai phân hữu hạn So sánh kết tính toán với phương pháp ñường ñặc trưng Footer Page of 126 Header Page of 126 Phạm vi nghiên cứu ñề tài: Luận văn chủ yếu nghiên cứu vào vấn ñề sau: Nghiên cứu lý thuyết nước va ñường ống có áp Tính toán nước va (dương, âm) ñường ống áp lực nhà máy thuỷ ñiện Thượng Kon Tum với ñiều kiện biên: + Mực nước thượng lưu hạ lưu hệ thống + Mối nối ñường ống có ñường kính, ñộ nhám, vận tốc truyền sóng khác + Nhánh rẽ từ ñường ống nhiều ñường ống + Xét ñến làm việc ñồng thời giếng ñiều áp + Lưu lượng van ñiều chỉnh cuối ống Phương pháp nghiên cứu Kế thừa nghiên cứu tác giả trước ñây số phương pháp ñã ñang ñược sử dụng rộng rãi: + Phương pháp giải tích: Bỏ qua ma sát dòng chảy thành ống (Joukowski, 1940; Allievi, 1903) + Phương pháp ñường ñặc trưng: Phương pháp ñang ñược ứng dụng phổ biến ñể giải toán nước va Phương pháp biến ñổi hai phương trình vi phân: phương trình liên tục – phương trình ñộng lượng, thành bốn phương trình vi phân.(Gray, 1953; Streeter and Lai, 1962; Chaudhry, 1987; Elansary, Silva, and Chaudry, 1994) + Phương pháp sai phân hữu hạn: khắc phục nhiều nhược ñiểm phương pháp trên, phương pháp ñược áp dụng gần ñây với phát triển công nghệ máy tính Footer Page of 126 Header Page of 126 5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn ñề tài: + Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu lập chương trình tính toán nước va với tuyến lượng ñường dẫn dài, xem xét hiệu làm việc giếng ñiều áp phương pháp sai phân hữu hạn + Ý nghĩa kinh tế xã hội: Tính toán áp lực nước va nhằm ñưa biện pháp khả thi cho việc sử dụng lượng ñường ống Lựa chọn phương án xây dựng phù hợp với ñiều kiện tự nhiên quy mô dự án Cấu trúc Luận văn Toàn luận văn có chương phần mở ñầu, kết luận kiến nghị gồm có 81 trang ñược chia ra:: + Mở ñầu + Chương 1: Cơ sở lý thuyết + Chương 2: Phương pháp giải toán nước va ñường ống áp lực + Chương 3: Giải thuật chương trình tính nước va phương pháp sai phân hữu hạn + Chương 4: Áp dụng chương trình tính áp lực nước va ñường ống áp lực nhà máy thủy ñiện Thượng Kon Tum + Kết luận kiến nghị Footer Page of 126 Header Page of 126 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Đặt vấn ñề Sự thay ñổi ñột ngột vận tốc lưu lượng chảy ống có áp chất lỏng gây ống giá trị tức thời tăng (hay giảm ) áp suất Hiện tương ñó gọi nước va Nguyên nhân vật lý của tăng giảm áp lực nước va gây nên quán tính khối nước ñang chuyển ñộng ống Khi ñóng cấu ñiều chỉnh, lưu lượng vận tốc ñường ống giảm dần sinh lực quán tính Lực ngược chiều với hướng gia tốc nên chiều với vận tốc dòng chảy, làm tăng áp lực ống dẫn nước trước cấu ñiều chỉnh nên gọi nước va dương Ngược lại mở cấu ñiều chỉnh, lưu lượng ống tăng lên lực quán tính ngược chiều với vận tốc, mà có ống phía trước cửa van có tượng giảm áp lực gọi nước va âm 1.2 Tình hình nghiên cứu 1.2.1 Một số nghiên cứu nước va a “Tính toán nước va ñường ống áp lực hồ chứa thủy ñiện A Lưới”, PGS TS Nguyễn Thống, Tạp chí Tài Nguyên Nước 2006 Bài báo giới thiệu kết tính toán so sánh trị số áp lực nước va xảy ñường ống áp lực phương pháp tính: phương pháp sai phân ẩn giải trực tiếp hệ phương trình ñạo hàm riêng biểu thị tượng nước va phương pháp ñường ñặc trưng b “Ảnh hưởng mực nước giếng ñiều áp lên nước va dương ñường ống áp lực áp dụng tính ñường ống dự án thủy ñiện A Footer Page of 126 Header Page of 126 Lưới”, PGS.TS Nguyễn Thống, Tạp chí Nông nghiệp Phát triển nông thôn, Số 17-2007 Bài báo giới thiệu kết tính toán áp lực trường hợp xảy nước va dùng làm sở việc xác ñịnh loại vật liệu kích thước ñường ống hợp lý Trong trường hợp có xét ñến dao ñộng mực nước giếng nước va xảy ra, giải ñồng thời hệ phương trình biểu thị tượng dao ñộng mực nước giếng ñiều áp tượng nước va ñường ống ñàn hồi thông qua liên kết biến chiều sâu nước giếng lưu lượng ñầu ống áp lực theo thời gian c "Phân tích sai số giả thiết ALLIEVI tính toán nước va lưu ý sử dụng’’, ThS Phan Văn Hùng, ĐH Bách Khoa Đà Nẵng, Nguồn Internet Bài báo phân tích sai số giả thiết Allievi số trường hợp tính giá trị nước va pha thứ m Bằng cách phân tích sai số, tác giả ñã ñề xuất số lưu ý sử dụng giả thiết Allievi ñể tính toán áp lực nước va pha thứ m sau pha thứ m, trường hợp ñóng hoàn toàn cửa van d Một số phần mềm tính toán nước va: + Phần mềm Hytran + Phần mềm Transient 1.2.2 Các phương pháp giải toán nước va 1.3 Phương trình nước va 1.3.1 Phương trình liên tục 1.3.2 Phương trình ñộng lượng: 1.3.3 Vận tốc truyền sóng nước va Footer Page of 126 Header Page of 126 1.3.4 Các ñặc trưng ñường ống 1.3.4.1 Kích thước ñường ống 1.3.4.2 Hệ số nhám Darcy - Weisbach (f) 1.3.5 Điều kiện biên: 1.3.5.1 Mực nước thượng lưu: 1.3.5.2 Nút nối ống 1.3.5.3 Giếng ñiều áp: 1.3.5.4 Van cuối ống Footer Page of 126 Header Page of 126 Chương PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN NƯỚC VA TRONG ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC Dòng chảy không ổn ñịnh ñường ống có nhiều phương pháp giải, sau ñây ba phương pháp tính toán dòng chảy không ổn ñịnh ñược sử dụng phổ biến 2.1 Phương pháp giải tích Joucowski – Allievi 2.1.1 Phương trình 2.1.2 Pha nước va 2.1.3 Nước va trực tiếp 2.1.4 Nước va gián tiếp 2.1.5 Điều kiện biên 2.2 Phương pháp ñường ñặc trưng 2.2.1 Phương trình 2.2.2 Trình tự giải 2.2.3.Điều kiện biên 2.3 Phương pháp sai phân 2.3.1 Phương trình 2.3.2 Sơ ñồ sai phân hữu hạn 2.3.3 Sơ ñồ sai phân hữu hạn phương trình liên tục ñộng lượng 2.3.4 Sai phân hệ phương trình biểu thị dao ñộng mực nước giếng ñiều áp 2.3.5 Điều kiện biên Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 10 2.4 Nhận xét từ phương pháp giải: Khi giải toán nước va phương pháp giải tích (Joucowski – Allievi), lời giải phải chấp nhận giả thiết bỏ qua tác dụng ma sát lên dòng chảy, dùng hệ số tương ñương atñ, rtñ tính toán cho ñường ống phức tạp (ống có nhiều nhánh nối tiếp, song song có ñường kính chiều dài khác Phương pháp ñường ñặc trưng, lời giải phải chịu ràng buộc bước thời gian dt=dx/a ñể ñảm bảo lời giải ổn ñịnh Bài toán sai phân ẩn trình bày ñã khắc phục ñược hạn chế này, ñồng thời việc giải hệ phương trình tuyến tính dễ dàng chương trình tính toán ñơn giản Footer Page 10 of 126 Header Page 12 of 126 - MNHL: 12 72m (cao ñộ cuối ống) - Dẫn lưu lượng 12,87m3/s vào tổ máy - Đường hầm có áp trước giếng ñiều áp dài 820m ñường kính 2,3m; cao ñộ ñầu hầm 131,25m cuối hầm 125,73m - Giếng ñiều áp trụ tròn có thông số sau: ñường kính 7m; cao ñộ ngưỡng giếng 155m; cao ñộ vị trí họng cản 128,2m; ñường kính họng cản 1,9m - Đường ống áp lực sau giếng thép dài 250m; có ñường kính D= 1,9m; chiều dày 12mm Hai ñoạn ống rẽ nhánh vào tổ máy có chiều dài ñoạn 10m; ñường kính 1m có bề dày thành ống 15mm - Van ñóng mở theo quy luật tuyến tính, thời gian ñóng mở van T=7s - Modul ñàn hồi thép E_thep = 2,06E+11 kG/m2 - Modul ñàn hồi nước E_nuoc = 1,96E+9 kG/m2 3.5.2 Giải phương pháp giải tích Joucowski-Allievi - Xác ñịnh vận tốc truyền sóng nước va theo công thức (2.18) cho ñường ống ống nhánh Sau ñó xác ñịnh vận tốc truyền sóng nước va toàn ñường ống - Áp dụng biểu thức mục 3.1.4 ta tính ñược giá trị áp lực nước va cuối ống bảng 3.1 3.5.3 Giải phương pháp ñường ñặc trưng, phần mềm Hytran Phần mềm Hytran ñược ứng dụng ñể giải toán nước va ñường ống có áp phương pháp ñường ñặc trưng Sử dụng Footer Page 12 of 126 Header Page 13 of 126 13 phần mềm áp dụng vào ñường ống nhằm ñánh giá so sánh kết chung chương trình 3.5.4 Giải phương pháp sai phân hữu hạn : Để giải toán phương pháp sai phân hữu hạn, ñường ống áp lực ñược chia thành 15 ñoạn (trong ñoạn ñường kính bề dày thành ống nhau) Nhận xét: Trị số áp lực nước va cuối ống sau ñóng van hoàn toàn cho kết bảng 3.1; hình 3.1 hình 3.2 Các trị số áp lực nước va có giá trị tương ñối Thời ñiểm nước va ñạt giá trị lớn cuối thời gian ñóng van hoàn toàn, biên ñộ dao ñộng theo phương pháp sai phân hữu hạn tắt dần nhanh Ví dụ nhằm ñánh giá kiểm tra ñộ tin cậy chương trình tính toán Qua chương sau phân tích kỹ toán nước va ñường ống áp lực làm việc ñồng thời có giếng ñiều áp Footer Page 13 of 126 Header Page 14 of 126 14 Chương ÁP DỤNG TÍNH ÁP LỰC NƯỚC VA TRONG ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN THƯỢNG KON TUM 4.1 Giới thiệu dự án thủy ñiện Thượng Kon Tum: Công trình thủy ñiện Thượng Kon Tum công trình hệ thống bậc thang thủy ñiện sông Sê San, trạm thủy ñiện kiểu ñường dẫn với toàn tuyến lượng tương ñối dài Chương trình ñược áp dụng tính toán nước va ñường ống áp lực, toán ñược xét ñến làm việc ñồng thời giếng ñiều áp ñường ống áp lực, với quy luật ñóng mở van khác 4.1.1 Mô tả tuyến lượng dự án thủy ñiện Thượng Kon Tum: Toàn tuyến lượng gồm: cửa lấy nước, ñường hầm áp lực, giếng áp lực, nhà máy hầm xả - Cửa lấy nước ñược bố trí nằm bên bờ trái sông Đăk Nghé, cách thượng lưu tuyến ñầu mối khoảng 1,2km phía Đông Bắc Để dẫn nước vào ñường hầm, ñã ñào kênh vào cửa lấy nước qua lớp ñất ñá với mái ñào qua ñá có m-1,2, mái ñào qua ñất có m=1,5; 2,0, chiều rộng ñáy kênh Bk=16m, cao ñộ ñáy kênh 1122,0m Đầu cửa lấy nước, ñoạn kênh có ñoạn chuyển tiếp từ Bk = 16m ñến Bk=9,4m, dài 30m Cửa lấy nước có kiểu tháp tựa bờ, kết cấu bê tông cốt thép ñặt ñá cứng IIA dài 12,7m, rộng 10,4m Cao ñộ ngưỡng cửa lấy nước 1123,0m, cao trình ñỉnh cửa lấy nước 1163,0m Footer Page 14 of 126 Header Page 15 of 126 15 - Đường hầm dẫn nước: ñược ñào qua ñá lớp IIA, IIB có kết cấu hầm ñược chia thành ñoạn sau: + Đoạn 1: Có vị trí từ sau cửa lấy nước, có chiều dài ñoạn 857,28m, ñộ dốc ñáy hầm 25% Thiết diện hình tròn với D0 = 3,4m ñược gia cố vỏ hầm bê tông cốt thép với chiều dày 0,3m, kích thước hxbñ = 4x4m + Đoạn nối tiếp với ñoạn 1, có chiều dài 13017,4m, ñộ dốc ñáy hầm 2%, tiết diện có dạng tròn, chiều cao hầm 5,3m, bề rộng ñáy 4m Footer Page 15 of 126 Header Page 16 of 126 16 + Đoạn 3: có chiều dài 822m, tiết diện tròn D0=4,5m, chiều cao hầm 5,3m, bề rộng ñáy hầm 5,3m, kết cấu bê tông cốt thép với chiều dày 0,4m + Đoạn ñoạn hầm không áo, có chiều dài 2197,89m, mặt cắt hầm có tiết diện tròn, chiều cao hầm 5,3m, bề rộng ñáy hầm 4m - Tháp ñiều áp: có kiểu hình trụ ñược bố trí ñỉnh ñồi có cao ñộ 1170m, ñược ñào qua ñất với mái ñào có ñộ dốc từ 1,5 ñến 1,75 ñào ñứng qua lớp ñá A2 cứng Đối với ñoạn ñào qua ñất, tháp có kết cấu hở bê tông cốt thép, ñường kính ñoạn hở có D0=12m, chiều dày vỏ tháp 1m, cao ñộ ñỉnh tháp 1200m ñối với ñoạn ñào qua ñá, tháp có ñường kính D0=3,4m có kết cấu bê tông cốt thép, dày 0,3m - Đường hầm áp lực: bao gồm ñoạn chính: sau tháp ñiều áp, ñoạn hạ xuống cao ñộ 215m ñoạn nằm ngang nối tiếp với nàh máy thủy ñiện + Đoạn sau tháp ñiều áp có chiều dài 1332,42m, kết cấu bê tông cốt thép với chiều dày 0,4m có bọc thép Độ dốc ñáy ñoạn 2,16%, mặt cắt hầm có thiết diện kiểu tròn R=1,3m, chiều cao hầm 3,4m, bề rộng ñáy hầm 3,4m + Đoạn hạ xuống cao ñộ 215,0m theo chiều thẳng ñứng, chiều dài 560,09m, có thiết diện tròn D0=2,6m, có kết cấu bê tông cốt thép với chiều dày 0,4m có bọc thép + Đoạn nối tiếp với nhà máy thủy ñiện có chiều dài 100m, kết cấu bê tông cốt thép có chiều dày 0,4m có bọc thép, mặt cắt có thiết diện tròn R=1,3m, chiều cao hầm 3,4m, bề rộng ñáy hầm 3,4m Footer Page 16 of 126 Header Page 17 of 126 17 - Các hầm phụ: có hầm phụ bố trí từ cửa lấy nước ñến ñoạn ñường hầm áp lực ñể thi công ñường hầm dẫn nước ñường hầm áp lực, hầm phụ có thiết diện hình móng ngựa, chiều cao hầm 6,5m, chiều rộng ñáy hầm 4,5m - Nhà máy thủy ñiện ngầm có kết cấu bê tông cốt thép ñược ñào lớp ñá IIb cứng chắc, nhà máy ñược lắp ñặt tổ máy, tuốc bin kiểu gáo có công suất lắp máy 2x110MW, cao trình ñặt máy 215m, cao trình sàn máy phát 226,3m kích thước nhà máy b x l x h = 17,6 x50,15 x39,4m Máy biến áp ñược ñặt hầm biến áp phía hạ lưu Thiết bị khí hạ lưu nhà máy bao gồm cửa van sửa chữa khe van dẫn hướng Hạ lưu nhà máy ñược lắp ñặt cửa van sửa chữa kiểu phẳng trượt, ñược ñóng mở trạng thái nước tĩnh hai pa lăng ñiện sức nâng mõi pa lăng 10 ñể ngăn nước từ phía hạ lưu vào buồng xả cần thiết sửa chữa bảo dưỡng tổ máy 4.1.2 Các thông số kỹ thuật phục vụ tính toán Bảng 4.1 Bảng tổng hợp thông số kỹ thuật phục vụ tính nước va thủy ñiện Thượng Kon Tum (Nguồn Công ty Tư Vấn Xây Dựng Điện lập) STT Thông số Đơn vị Trị số (1) (2) (3) (4) I Hồ chứa Mực nước dâng bình thường m 1160 Mực nước chết (MNC) m 1138 Mực nước lũ lớn (MNLLN) m 1161,7 Diện tích mặt hồ ứng với MNDBT km2 7081 Footer Page 17 of 126 Header Page 18 of 126 18 II Đường hầm dẫn nước Đoạn 1, kết cấu bê tông cốt thép, t=0,3m + Chiều dài m 857,28 + Độ dốc ñáy i % + Thiết diện Nửa tròn + Đường kính m 3,4 + Kích thước h x bñ m 4x4 + Chiều dài m 13017,4 + Độ dốc ñáy i % Đoạn 2, không áo + Thiết diện + Kích thước h x bñ Nửa tròn m Đoạn 3, kết cấu bê tông cốt thép, t=0,4m, có bọc thép + Chiều dài m 822 + Độ dốc ñáy i % + Thiết diện 5,3 x Nửa tròn + Đường kính m 4,5 + Kích thước h x bñ m 5,3 x 5,3 + Chiều dài m 2197,89 + Độ dốc ñáy i % Đoạn 4, không áo Footer Page 18 of 126 Header Page 19 of 126 19 + Thiết diện + Kích thước h x bñ III Nửa tròn m 5,3 x Giếng ñiều áp, kết cấu bê tông cốt thép Cao ñộ ñỉnh m 1200 Cao ñộ tim ống m 802,74 Đường kính ñoạn hở m 12 Đường kính ñoạn ngầm m 3,4 IV Đường ống áp lực Đoạn 1, kết cấu bê tông cốt thép, t=0,4m, có bọc thép Chiều dài m 1332,42 Độ dốc ñáy i % 2,16 Thiết diện Nửa tròn Đường kính D0 m 2,6 Kích thước h x bñ m 3,4 x 3,4 Đoạn thẳng ñứng, kết cấu bê tông cốt thép, t=0,4m, có bọc thép Chiều dài m Độ dốc ñáy i % Thiết diện Đường kính D0 560,09 tròn m 2,6 Đoạn 3, kết cấu bê tông cốt thép, t=0,4m, có bọc thép Chiều dài Footer Page 19 of 126 m 100 Header Page 20 of 126 20 Độ dốc ñáy i % Thiết diện Nửa tròn Đường kính D0 m 2,6 Kích thước h x bñ m 3,4 x 3,4 m3/s 29,96 m 215/226,3 V Nhà máy Lưu lượng thiết kế Cao trình ñặt tuốc bin Công suất lắp máy MW 220 Công suất ñảm bảo MW 90,76 Kiểu tuốc bin Số tổ máy gáo 4.2 Áp dụng tính toán cho ñường ống áp lực thủy ñiện Thượng Kon Tum 4.2.1 VẤN ĐỀ 1: Bài toán xét ñến ảnh hưởng mực nước giếng ñiều áp lên nước va (dương âm) với quy luật ñóng (mở) van khác 4.2.1.1 Van ñóng (mở) theo quy luật tuyến tính 4.2.1.2 Van ñóng (mở) theo quy luật nhanh→chậm dần 4.2.1.3 Van ñóng (mở) theo quy luật chậm → nhanh dần 4.2.1.4.Van ñóng (mở) theo quy luật chậm → nhanh → chậm 4.2.1.5 Van ñóng (mở) theo quy luật tuyến tính gãy khúc 4.2.1.6 Kết dao ñộng mực nước giếng ñiều áp 4.2.1.7 Đánh giá kết nhận xét Footer Page 20 of 126 Header Page 21 of 126 21 Bảng 4.2 Kết nước va cuối ống cho trường hợp ñóng (mở) van cho sau: Nước va DƯƠNG Quy luật Tỷ lệ Nước va ÂM Tỷ lệ Htĩnh pmin (m) (mH20) 30,55 947,6 764,5 19,32 1265,5 30,52 947,6 764,4 19,33 969,6 1265,3 30,50 947,6 764,4 19,33 Chậm - Nhanh - Chậm 969,6 1281,8 32,20 947,6 740,4 21,87 Tuyến tính gãy khúc 969,6 1260,7 30,02 947,6 758,7 19,93 Htĩnh pmax (m) (mH20) Tuyến tính 969,6 1265,8 Nhanh - Chậm 969,6 Chậm - Nhanh ñóng (mở ) van tăng % giảm % Từ kết rút ñược nhận xét sau: - Kết tính toán dao ñộng mực nước giếng ñiều áp (hình 5.6a) cho thấy chu kỳ dao ñộng 418s so với lời giải giải tích trường hợp dao ñộng lý tưởng T = 2π ( Lh S g ) /( gs h ) 413,1s Biên ñộ dao ñộng lớn trường hợp nước va dương 19,43m so với biên ñộ dao ñộng trường hợp lý tưởng Z max = Vh ( Lh s h ) /( gS g ) 17,43m Sự sai biệt biên ñộ dao ñộng chu kỳ dao ñộng mực nước giếng giải thích có kể ñến ảnh hưởng ma sát lên dòng chảy lời giải toán phương pháp số - Về giá trị nước va dương lớn xảy ñường ống áp lực cho thấy có thay ñổi với quy luật ñóng (mở) van (các hình 4.3a; 4.4a; 4.5a ; 4.6a ; 4.7a bảng 4.2) Cụ thể, vị trí cuối Footer Page 21 of 126 Header Page 22 of 126 22 ñường ống áp lực, trị số áp lực nước va có thay ñổi lớn giữa: trường hợp ñóng van tuyến tính gãy khúc cho trị số áp lực nhỏ pmax= 11260,6mH2O tăng 30,02% so với cột nước tĩnh Htĩnh = 969,6m , trường hợp ñóng van chậm – nhanh – chậm có trị số lớn pmax= 1281,8mH2O tăng 32,2% so với cột nước tĩnh Htĩnh Các trường hợp lại cho trị số áp lực thay ñổi không ñáng kể Tại vị trí ñường ống, kết tính toán cho thấy giá trị nước va dương giảm có xu Trường hợp ñóng van chậm nhanh cho giá trị nước va dương lớn xảy sớm, áp lực lớn chu kỳ sóng nước va lớn tắt dần chậm trường hợp lại - Về giá trị nước va âm, kết tính toán cho thấy có thay ñổi ñáng kể trường hợp mở van (các hình 4.3b; 4.4b; 4.5b ; 4.6b ; 4.7b bảng 4.2) Giá trị nước va nhỏ ỏ trường hợp van mở chậm – nhanh – chậm pmax= 740,4 mH2O giảm 21,87% so với cột nước tĩnh Htĩnh = 947,6m , trường hợp mở van tuyến tính có trị số lớn pmax= 764,5mH2O giảm 19,32% so với cột nước tĩnh Htĩnh Chu kỳ dao ñộng nước va tắt dần nhanh trường hợp tính - Trị số áp lực nước va có thay ñổi ñáng kể trường hợp ñóng (mở) van, giá trị nước va phụ thuộc vào thời gian ñóng mở van Từ kết ta thấy với quy luật ñóng mở tuyến tính gãy khúc trị số nước va cho giá trị tương ñối so với trường hợp lại 4.2.2 VẤN ĐỀ 2: Ảnh hưởng thời gian ñóng (mở) van lên cánh hướng dòng ñường ống áp lực Thượng Kon Tum Giá trị nghiên cứu nước va theo trường hợp ñóng (mở) van dạng tuyến tính với thời gian ñóng mở van T= 7s; 8s; 9s; Footer Page 22 of 126 Header Page 23 of 126 23 10s, 11s Vị trí gãy khúc ñược xác ñịnh M có Tg/T0= 0,5 Ag/A0= 0,7 Đánh giá kết nhận xét Bảng 4.3 Kết nước va cuối ống theo thời gian ñóng (mở) van sau: Thời gian Nước va DƯƠNG Nước va ÂM Tỷ lệ ñóng (mở) Htĩnh pmax Tỷ lệ Htĩnh pmin van (s) (m) (mH20) tăng % (m) (mH20) 969,6 1285 32.53 947,6 745.6 21.32 969,6 1279.8 31.99 947,6 748.4 21.02 969,6 1274 31.39 947,6 753.2 20.51 10 969,6 1265.8 30.55 947,6 764.5 19.32 11 969,6 1254 29.33 947,6 780.8 17.60 giảm % Từ kết rút ñược nhận xét sau: - Kết tính toán áp lực nước va cuối ñường ống cho thấy Trị số áp lực nước va dương (âm) tăng (giảm) tỷ lệ thuận với tăng thời gian ñóng (mở) van - Tuy nhiên chế ñộ chuyển tiếp nguy hiểm tổ máy thủy ñiện trình cắt tải Khi tổ máy cắt khỏi hệ thống làm số vòng quay gia tăng với việc gia tăng cột nước nước va Footer Page 23 of 126 Header Page 24 of 126 24 ñóng cánh hướng nước Như vậy, ñể ñảm bảo số hiệu chỉnh tổ máy cần quan tâm ñến ñộ chênh lệnh tạm thời β max = n max n Là tỷ số số vòng quay lớn số quay ñồng ñịnh mức n Tỷ số β max chưa ñược ñề cập chương trình tính này, có ñiều kiện ñược bổ sung nghiên cứu thêm Footer Page 24 of 126 Header Page 25 of 126 25 KẾT LUẬN Kết luận văn Luận văn ñã ứng dụng chương trình tính toán theo lý thuyết sai phân hữu hạn ñể tính nước va dương âm ñường ống áp lực trường hợp: giếng ñiều áp ñường ống làm việc ñộc lập trường hợp xét làm việc ñồng thời giếng ñiều áp với ñường ống Chương trình ứng dụng ñể tính toán nước va dương âm cho ñường ống tròn với ñiều kiện biên: + Mực nước thượng lưu hạ lưu hệ thống + Mối nối ñường ống có ñường kính, ñộ nhám, vận tốc truyền sóng khác + Nhánh rẽ từ ñường ống nhiều ñường ống + Xét ñến làm việc ñồng thời tháp ñiều áp + Lưu lượng van ñiều chỉnh cuối ống (các trường hợp ñóng mở van) Kết luận kiến nghị Luận văn ñã ñạt ñược yêu cầu ñặt chương trình tính toán nước va theo phương pháp sai phân hữu hạn với tuyến lượng ñường dẫn dài, ñồng thời xem xét hiệu làm việc giếng ñiều áp Tuy nhiên chương trình chưa mô ñầy ñủ mô hình tính toán nước va thực tế (tiết diện ñường hầm dẫn nước thay ñổi, Footer Page 25 of 126 Header Page 26 of 126 26 kiểu giếng ñiều áp tiết diện trụ, xem xét ñặc tính làm việc tuabin…) Hướng phát triển ñề tài Đề tài phát triển thêm phần sau: - Xem xét thêm toán với ñiều kiện biên ñặc tính làm việc tuabin máy bơm - Ứng dụng lý thuyết ñộng lực học công trình, tính kết cấu ñường hầm, ống chịu tác ñộng áp lực nước va - Hoàn thiện tiếp phần giao diện chương trình ñể áp dụng rộng rãi tính nước va dự án thủy ñiện nước ta Footer Page 26 of 126 ... 2: Phương pháp giải toán nước va ñường ống áp lực + Chương 3: Giải thuật chương trình tính nước va phương pháp sai phân hữu hạn + Chương 4: Áp dụng chương trình tính áp lực nước va ñường ống áp. .. 126 13 phần mềm áp dụng vào ñường ống nhằm ñánh giá so sánh kết chung chương trình 3.5.4 Giải phương pháp sai phân hữu hạn : Để giải toán phương pháp sai phân hữu hạn, ñường ống áp lực ñược chia... Chương PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN NƯỚC VA TRONG ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC Dòng chảy không ổn ñịnh ñường ống có nhiều phương pháp giải, sau ñây ba phương pháp tính toán dòng chảy không ổn ñịnh ñược sử dụng