thiết kế thủy lực công trình cho đường tràn dọc tháo lũ từ hồ thủy điện

THIẾT KẾ THỦY LỰC CÔNG TRÌNH GVHD:Ths.PHẠM QUANG THIỀN LỜI NÓI ĐẦU Trong nghiên cứu lĩnh vực kỹ thuật khác người ta thường gặp vấn đề chuyển động chất lỏng Sự cân chuyển động chất lỏng, tương tác lực chất lỏng lên vật rắn Quá trình nghiên cứu vấn đề ngày phong phú,đa dạng đạt thành tựu đáng kể Qua năm tháng hình thành nên môn khoa học “Cơ học chất lỏng”.Cùng với phát triển xã hội ngày nhà khoa học mở rộng nghiên cứu ảnh hưởng dòng chất lỏng tới công trình xây dựng nhằm tìm quy luật chung dòng chất lỏng,từ đề xuất phương pháp giúp tránh tác động chất lỏng đến công trình xây dựng.Và từ môn “Thủy lực công trình ” hình thành phát triển rộng rãi Thủy lực công trình môn khoa học chuyên nghiên cứu quy luật chuyển động dòng chất lỏng ảnh hưởng dòng chất lỏng lên công trình xây dựng Khi bắt quy luật chung chất lỏng từ tiến hành xây dựng công trình nhằm phục vụ cho nhu cầu xã hội thủy điện,hồ nước,đập,kênh mương,nhà cửa hay cầu cống…Và sau em xin trình bày đồ án THIẾT KẾ THỦY LỰC CÔNG TRÌNH cho đường tràn dọc tháo lũ từ hồ thủy điện Trong trình thực đồ án hướng dẫn giúp đỡ tận tình Thầy Phạm Quang Thiền góp ý bạn lớp mà em hoàn thiện tập này.Tuy nhiên tiếp thu có hạn, đồ án môn học có liên quan nhiều đến kiến thức thực tế nên tránh khỏi sai sót Kính mong quan tâm dẫn thầy giáo để giúp em hoàn thiện kiến thức môn học đồ án khác tới, phục vụ tốt công việc em sau Em xin chân thành cảm ơn! Page THIẾT KẾ THỦY LỰC CÔNG TRÌNH GVHD:Ths.PHẠM QUANG THIỀN MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU: I.Mục đích: Mục đích đồ án môn học thủy lực công trình để sinh viên trực tiếp bắt tay vào tính toán, thiết kế sơ phần công trình thủy lợi Thông qua mà củng cố lý thuyết lớp, nắm phương pháp tính toán, vận dụng kiến thức học kỹ thuật sở chuyên môn để giải vấn đề kỹ thuật việc thiết kế thủy lực công trình cách có hệ thống Đồng thời giúp cho sinh viên bước đầu làm quen với công việc người kỹ sư thủy lợi công tác thiết kế số công trình thủy lợi phục vụ nông nghiệp II Yêu cầu: 1) Trong trình thực hiện, yêu cầu sinh viên hiểu mục đích, ý nghĩa, nôi dung phần tính toán Nắm bước tính toán, thiết kế quan hệ chúng với nhau, từ đõ thấy công trình công trình thủy lợi liên kết với chặt chẽ, hỗ trợ 2) Trước thực phải ôn lại lý thuyết, làm phần nào, xem lại lý thuyết phần Trong tính toán độc lập suy nghĩ, tự lực cách sinh đồng thời cần phải tranh thủ giúp đỡ thầy cô giáo, bạn bè, phát huy tính sáng tạo để nâng cao mở rộng kiến thức 3) Sinh viên phải nộp thời gian quy định ĐỀ BÀI Mã đề số : 05 Page THIẾT KẾ THỦY LỰC CÔNG TRÌNH GVHD:Ths.PHẠM QUANG THIỀN Thiết kế thủy lực công trình cho đường tràn dọc tháo lũ từ hồ chứa thủy điện theo yêu cầu sau : Phương án :Đập tràn thực dụng không cửa van,sau tràn nối tiếp với kênh dẫn hạ lưu theo kiểu bặc nước đa cấp tiêu nước nhảy ngập Các số liệu cho trước : Kênh xả hạ lưu - Kênh hạ lưu chọn kênh dẫn hình thang có hệ số mái m= 2,0 - Chiều rộng kênh chiều rộng bể tiêu năng(theo phương án thiết kế) - Độ dốc đáy kênh : = 0,001 - Độ nhám : n = 0,0275 - Cao trình đầu kênh : = 50m - Cao trình cuối kênh : = 44m Ngưỡng tràn - Hình thức ngưỡng tràn(lấy theo phương án thiết kế) - Ngưỡng tràn làm BTCT M200 Kênh dẫn thượng lưu Kênh dẫn thượng lưu có mặt cắt dạng hình thang dùng để dẫn nước từ hồ chứa vào ngưỡng tràn,các thông số kênh dẫn sau : - Hệ số mái kênh dẫn : m = 1,5 - Bề rộng đáy kênh chiều rộng đầu đoạn sân thượng lưu - Độ dốc kênh : i = Tường hướng dòng tường bên Page THIẾT KẾ THỦY LỰC CÔNG TRÌNH GVHD:Ths.PHẠM QUANG THIỀN a Tường hướng dòng - Cao trình đỉnh tường cao : cao trình đỉnh đập giảm dần theo hệ số mái thượng lưu - Góc mở tường = - Hình thức có dạng tường cánh nghiêng bê tông trọng lực M200 b Tường bên Hình thức tường bên tường cánh nghiêng bê tông trọng lực M200,cao trình đỉnh tường cao trình đỉnh đập,có chiều dài chiều dài sân trước Số liệu thiết kế Ta có bảng số liệu sau : MNLTK(m) Đề số 05 5538 69,32 MNDBT(m) 65,56 Page MNĐKHL(m) P.A thiết kế 49,95 I THIẾT KẾ THỦY LỰC CÔNG TRÌNH GVHD:Ths.PHẠM QUANG THIỀN BÀI LÀM I Hình thức quy mô công trình MNLTK h' MNDBT h hc ZTL l1 hk l2k Lk l3 hc hk P MNLTK hHL ZHL Kenh thuong luu v B Sơ đồ mặt cắt đường tràn dọc tháo lũ nối tiếp với kênh dẫn hạ lưu theo kiểu bậc nước Kênh dẫn thượng lưu Kênh dẫn thượng lưu có mặt cắt dạng hình thang dùng để dẫn nước từ hồ chứa vào ngưỡng tràn, thông số kênh dẫn sau: - Hệ số mái kênh dẫn: m =1,5 - Bề rộng đáy kênh chiều rộng đầu đoạn sân thượng lưu - Độ dốc kênh i = Page THIẾT KẾ THỦY LỰC CÔNG TRÌNH GVHD:Ths.PHẠM QUANG THIỀN Tường hướng dòng tường bên a.Tường hướng dòng Dùng để nối tiếp kênh dẫn thượng lưu với ngưỡng tràn, hướng nước chảy vào ngưỡng tràn thuận dòng, bảo vệ mái đất hai bên phía trước ngưỡng tràn - Cao trình đỉnh tường cao nhất: cao trình đỉnh đập giảm dần theo hệ số mái thượng lưu - Góc mở tường 200 - Hình thức có dạng tường cánh nghiêng bê tông trọng lực M200 b.Tường bên Hình thức tường bên tường cánh nghiêng bê tông trọng lực M200, cao trình đỉnh tường cao trình đỉnh đập có chiều dài chiều dài sân trước Ngưỡng tràn - Ngưỡng tràn loại ngưỡng tràn đỉnh rộng, có cửa van điều tiết - Bề rộng tràn chọn 75m - Cao trình ngưỡng tràn MNDBT = 65,56 m - Bản đáy ngưỡng tràn bêtông cốt thép M200 dày 1m, lót bêtông M100 dày 10cm, hai đầu đáy ngưỡng tràn có chân khay cấu tạo nhằm tăng ổn định Bộ phận tiêu Bộ phận tiêu sau tràn có tác dụng làm giảm bớt lưu lượng thừa dòng nước nước xả hạ lưu Căn vào địa hình, địa chất tuyến tràn ta chọn hình thức tiêu nước chảy ngập II.Tính toán thủy lực kênh thượng lưu 1.Lựa chọ thông số thiết kế Kênh có mặt cắt hình thang.Sơ chọn tiêu thiết kế kênh sau : - Hệ số mái kênh - Cao trình đầu kênh : m = 2,0 : ∇ đk = 50 m - Cao trình cuối kênh : ∇ ck = 44 m Page THIẾT KẾ THỦY LỰC CÔNG TRÌNH GVHD:Ths.PHẠM QUANG THIỀN - Độ nhám : n = 0,0275 - Độ dốc đáy kênh : ik = 0,001 Kênh tính toán với lưu lượng thiết kế ứng với Qtk = Qmax = 5538 Tính toán thủy lực kênh thượng lưu Sơ đồ mặt cắt kênh thượng lưu : HTr H P hc Page THIẾT KẾ THỦY LỰC CÔNG TRÌNH GVHD:Ths.PHẠM QUANG THIỀN MNLTK h Bảng vận tốc cho phép số loại vật liệu làm kênh : Loại áo kênh Đất không dính a Bụi bùn vmax (m/s) Bảng phụ lục I.2 Loại áo kênh vmax (m/s) 0,5 Đá a Trầm tích 2,5 b Cát 0,2 b Tinh thể 20 c Sỏi 0,6 Gia cố Đất dính a Kiểu đá lất đường đơn 3,0 a cát sét 0,7 b Đá lát đường kép 3,5 b Đất sét 1,0 c áo bê tông 5,0 Từ công thức tính lưu lượng kênh hình thang ta có : Rút : Qmax = v.ω (1) Qmax ω (1) v= Mặt khác : Vận tốc trung bình để thiết kế kênh phải nằm giới hạn : vmin < v < [v]kx = vmax Tra bảng phụ lục I.2 giáo trình thủy lực “Dòng chảy kênh hở thủy lực công trình” nhà xuất GTVT loại kênh xây Bê tông Ta có: Page THIẾT KẾ THỦY LỰC CÔNG TRÌNH [v]kx = k Qmax 0,1 GVHD:Ths.PHẠM QUANG THIỀN (m/s) Trong : k - hệ số phụ thuộc vào loại vật liệu làm kênh Ta chọn vận tốc tính toán : v = 10 (m/s) Vậy diện tích kênh thượng lưu tính toán chọn : Từ (1) ta có : ω ktl = Qtk 5538 = = 553,8(m ) v 8,0 Mặt khác diện tích kênh thượng lưu tính cho MNLTK tính theo công thức : ωktl = ( B + m.h).h Với : h = MNLTK – MNDBT = 69,32 – 65,56 = 3,76 (m) Vậy bề rộng tính toán kênh thượng lưu : ω 553,8 − 2,0.3,76 = 139,8(m) => B = − m.h = h 3,76 Chọn kênh thượng lưu có B = 140 (m) h = 3,8 (m) III Tính toán điều tiết lũ Page THIẾT KẾ THỦY LỰC CÔNG TRÌNH GVHD:Ths.PHẠM QUANG THIỀN Do hai đầu đập có mố bên đỉnh đập có mố trụ ,chia đập thành nhiều khoang ,làm cho dòng chảy vào đỉnh đập bị co hẹp nên chiều rộng thực tế nước tràn nhịp : bc = ε b với hệ số co hẹp ε xác định thực nghiệm Tính toán hệ số: a Hệ số co hẹp bên ε0: Theo quy phạm thiết kế đập hệ số co hẹp bên lấy theo công thức : ε = − 0,2 ζ mb + ( n − 1)ζ mb H n b Trong : n : Số khoang đập b : Chiều rộng nhịp ζ mb : Hệ số hình dạng mố bên lấy theo hình (1-1) ζ mt : Hệ số hình dạng mố trụ lấy theo hình (1-2) r ζ mb =1,0 V V V 45 ζ mb =0,7 ζ mb =0,7 Hình (1-1) Khi mố trụ xây dựng lui phía thượng lưu đoạn I dòng chảy bị co hẹp từ phía làm giảm ảnh hưởng co hẹp mố trụ nhiều ,phải tăng trị số ζ mt Page 10 THIẾT KẾ THỦY LỰC CÔNG TRÌNH Thay vào (*) ta được: GVHD:Ths.PHẠM QUANG THIỀN B=1.15× H1 =0.93×H1 ( m) 2.4 0.65×( +0-0.5) Chọn sơ ta thông số sau : Bảng 1: Kết tính B theo điều kiện ổn định: Thông số Btr = 70m MNLTK (m) ∇ đáy (m) 69,32 H1 (m) Bkhoang (m) 11,52 10,37 57,8 Chọn bề rộng khoang theo điều kiện ổn định 10 (m) * Xác định chiều rộng khoang đập theo điều kiện ứng suất: B= n=0 =>B= H1 γ1 × ( 1-n ) +n×(2-n)-α1 γn H1 = γ1 -α1 γn H1 H = 2.4 1.9 -0.5 Bảng 2: Kết tính B theo điều kiện ứng suất: Thông số Btr = 70m H1 (m) 11,52 Page 16 THIẾT KẾ THỦY LỰC CÔNG TRÌNH GVHD:Ths.PHẠM QUANG THIỀN Bkhoang (m) 8,36 Chọn bề rộng khoang theo điều kiện ứng suất là: B = (m) * Xác định chiều rộng đáy đập theo điều kiện kinh tế: Sẽ tính toán giảm kích thước mặt cắt đập mà đảm bảo điều kiện ổn định ứng suất sau tìm mặt cắt thực tế tràn Chọn lựa B thỏa mãn điều kiện ổn định điều kiện ứng suất.Ta có: Bảng 3: Tổng hợp kết tính chiều rộng đáy đập tràn sau: Btr (m) 70 Bkhoang (m) 10 Giả thiết chọn bề rộng đáy đập : B = 70 (m) Khi ta có : Htk = MNLTK – MNDBT = 69,32 – 65,56= 3,76 (m) Mặt cắt hạ lưu nối tiếp với phần sau mặt cong có bán kính R: R = (0,2 ÷ 0,5).(P+Ht)=0,2.(65,56+3,76) = 13,86 (m) Chọn R chẵn.Với trường hợp chọn R=14 m hợp lý Từ số liệu ta vẽ đường cong Ôphixêrốp.Tiếp tục thực bước nêu phần lý thuyết ta có mặt cắt thực dụng đập tràn Kiểm tra khả tháo đập tràn a Công thức chung: Lưu lượng tháo qua tràn Qt Q t =ε.m.a.b 2g.H 02 Page 17 THIẾT KẾ THỦY LỰC CÔNG TRÌNH Trong đó: GVHD:Ths.PHẠM QUANG THIỀN ε: hệ số co hẹp bên m: hệ số lưu lượng ∑b: tổng chiều dài tràn nước H0 : cột nước đỉnh tràn Qt: lưu lượng tính toán tháo qua tràn b Kiểm tra khả tháo lũ : Hệ số co hẹp bên ε: Phụ thuộc vào số khoang dạng mố, xác định theo công thức: ε =1-0,2 ξ mb +(n-1)ξ mt H n b (*) Trong đó: b: bề rộng khoang Lấy b = 10 m n: số khoang đập n = ξ mb :hệ số hình dạng mố bên ξ mb = ξ mt : hệ số hình dạng mố trụ ξ mt = 0.45 H0: cột nước toàn phần: H0 = Ht + αV0 2g V0: lưu tốc tới gần, Ht : chiều cao cột nước trước tràn ứng với Qmax 3,76 m Độ mở cửa vào tràn tgθ, chọn tgθ=1/4 Chọn đoạn ngưỡng vào trước ngưỡng tràn đoạn có chiều dài L = 40 m Bề rộng đầu ngưỡng vào B B = 2tg θ L + Btr = 2.1/4.40 + 70= 90 (m) Qtk 5538 = = 16,365(m / s ) B.H t 90.3,76 ⇒ V0 = ⇒ H0 = 10 + 16,365 = 23,65 (m) 2.9,81 Page 18 THIẾT KẾ THỦY LỰC CÔNG TRÌNH Có H0, thay vào (*) ta : GVHD:Ths.PHẠM QUANG THIỀN ε = 0,7 Thay số: 3 Qt = 0,89.0,49.70 2.9,81.11,93 = 5571,78 (m /s) Kiểm tra: Qt − Qtk 5571,78 − 5538 100 = 100 = 0,6% < 5% (Thỏa mãn) Qtk 5538 Vậy với BTr = 70 m đập thoả mãn khả tháo lũ V.Tính toán thủy lực kênh hạ lưu Kênh có tác dụng nối tiếp, đưa dòng chảy từ sau đập lòng suối tự nhiên Kênh hạ lưu có thông số sau: i = 0,001; mặt cắt hình thang; m = 2,0; n = 0,00275; Bk = Bd Lập quan hệ lưu lượng Q cao trình mực nước kênh Ta giả thiết cấp lưu lượng Q: 346,125; 692,25; 1384,5; 2769; 5538 (m3/s) Xác định độ sâu dòng chảy h kênh theo phương pháp lợi thuỷ Tính f ( Rln ) = 4m o i Q Tra bảng phụ lục 8-1 (Bảng tra thuỷ lực) →Rln Ta có b h ⇒ tra bảng phụ lục 8-3 Ta Rln Rln →h = h Rl n Rln Page 19 THIẾT KẾ THỦY LỰC CÔNG TRÌNH MNLTK MNDBT GVHD:Ths.PHẠM QUANG THIỀN 1' h' 1' h c ZTL l1 k hc c hk l2k Lk l3 k hc hk P Kênh hạ lưu Công trình nối tiếp công trình đặc biệt,được xây dựng nơi địa hình có độ dốc lớn để đưa nước từ cao xuống.Do công trình nối tiếp dùng thay đoạn kênh dẫn xây dựng nơi có độ dốc lớn với mục đích nối kênh dẫn cao trình cao với kênh dẫn cao trình thấp.Các công trình thường bậc nước cấp,bậc nước nhiều cấp dốc nước 1.Tính toán thủy lực bậc nước a Xác định chiều cao bậc Chiều cao bậc thường lấy khoảng 0,5 2,5 (m) Chọn chiều cao bậc 1,5 (m) b Xác định số bậc Bậc nước nhiều cấp xây dựng trường hợp độ chênh cao trình mực nước kênh thượng lưu kênh hạ lưu tương đối lớn,lúc xây dựng bậc nước cấp chiều cao nước rơi lớn Bậc nước nhiều cấp gồm nhiều bậc nước cấp nối tiếp kiểu bậc thang Page 20 THIẾT KẾ THỦY LỰC CÔNG TRÌNH GVHD:Ths.PHẠM QUANG THIỀN Theo kinh nghiệm ta chọn số bậc n = ∇ đk − ∇ ck 50 − 44 = =4 P 1,5 Trong : ∇ đk − Cao trình đầu kênh hạ lưu ∇ ck − Cao trình cuối kênh hạ lưu Vậy ta chọn số bậc kênh hạ lưu bậc c Tính toán thông số - Tính toán cửa vào : Kênh dẫn nước đến bậc kênh dẫn nước thường có mặt cắt ngang nhau.Độ dốc kênh đến nhỏ lớn độ dốc phân giới i1 < ik Xét trường hợp tính toán ta tính cho i1 < ik Ta có : h' = 0,7.hk (Công thức Trectôuxốp) Trong : hk - độ sâu phân giới Với : σT = m.hk b σT h = k σ N hKCN ; σN = m.hKCN b => hK = σT hKCN σN σ T - Hệ số đặc trưng hình dạng mặt cắt hình thang σ N - Hệ số đặc trưng hình dạng mặt cắt hình chữ nhật Theo Agơrôtskin ta có :  σ  hk = 1 − N + 0,105.σ N2 .hKCN   Page 21 THIẾT KẾ THỦY LỰC CÔNG TRÌNH hKCN = σN = GVHD:Ths.PHẠM QUANG THIỀN α Q 1,0.55382 = = 8,6(m) g b 9,81.70 m.hKCN 2,0.8,6 = = 0,246 b 70  σ   0,246  hk = 1 − N + 0,105.σ N2 .hKCN = 1 − + 0,105.0,246 .8,6 3     hk = 7,95 (m) h' = 0,7.hk = 0,7.7,95 = 5,565(m) l = (2 ÷ 2,5 hk ) = 2.7,95 = 15,9 (m) - Xác định chiều sâu hc mặt cắt co hẹp (c – c) Trước hết tính tỉ trước đập tràn ứng với đáy mặt cắt co hẹp : E0 = H + P Ở cột áp H đập tính theo công thức : H0 = ( Q 5538 )2 = ( ) = 13,5(m) ε m.Bc σ n 2.g 0,9.0,4.70.1 2.9,81 Trong : ε - Hệ số co hẹp ε = 0,9 ÷ 0,95 m- Hệ số lưu lượng m = 0,35 ÷ 0,45 σ n - Hệ số ngập σ n = B = 70 (m) Giải cách thử dần phương trình : α Q E0 = hc + 2.g ε ϕ ωc2 Page 22 (1) THIẾT KẾ THỦY LỰC CÔNG TRÌNH Với : ϕ GVHD:Ths.PHẠM QUANG THIỀN - Hệ số vận tốc : ϕ= = 0,9; 1+ ζ ζ - Hệ số tổn thất ζ = (1 ÷ 0,95) ωc = B hc ; ε = 0,9 , α = Hoặc thay vào công thức : E0 = H + P = 13,5 + 1,5 = 15 (m) Thay giá trị vào (1) ta : hc = 4,5( m) Bằng phương pháp thử dần ta tính h0 = 7,4( m) - Xác định dạng nối tiếp : Gọi hc chiều sâu liên hợp thứ nhất,xác định chiều sâu liên hợp thứ : h' 'c 3      2hk  hc  , , 95    1+   = 12,86 (m)  − 1 = h ' 'c = +  −    h ,      c      Vì h' 'c > h0 nên suy nối tiếp nước nhảy phóng xa.Để xác định vị trí nước nhảy ,cần tính độ sâu mặt cắt xảy nước nhảy,tức coi độ sâu chảy h0 độ sâu liên hợp sau nước nhảy.Tính độ sâu liên hợp h'2 trước nước nhảy : 3      2hk  h0  , , 95    1+   − 1 = h'2 = +   − 1 = 8,53 (m)   2   7,4   h0      Ta dùng phương trình dòng chảy không để tính chiều dài từ mặt cắt co hẹp c-c đến 2-2 có chiều sâu h'2 = 8,53( m) Trước hết ta tính yếu tố thủy lực mặt cắt tính số mũ thủy lực x hc = 4,5(m) , ωc = ( B + m.hc )hc = 85,5(m ); Page 23 THIẾT KẾ THỦY LỰC CÔNG TRÌNH GVHD:Ths.PHẠM QUANG THIỀN χ c = B + 2hc + m = 30,12(m) Rc = ωc = 2,84(m) χc 1 1 Cc = Rc = 2,84 = 43,27( m / s) n 0,0275 h'2 = 8,53(m) ; ω '2 = ( B + m.h'2 )h'2 = 230,82( m ) χ '2 = B + 2h'2 + m = 48,15(m) R '2 = ω '2 = 4,79(m) χ '2 1 1 Cc = Rc = 4,79 = 47,21( m / s) n 0,0275 Vậy số mũ thủy lực x : K 2' lg Kc x= = 3,5 h2' lg hc d Tính toán chiều dài sân bậc Để giảm chiều dài sân bậc ta thường thiết kế sân bậc có độ dốc i = Chiều dài sân bậc tính sau : Lk = l1 + l2 k + l3 - Tính l1 Khoảnh cách từ tường nước rơi đến mặt cắt co hẹp (c-c) xác định theo công thức : l1 = m H ( P + n.H ) Đối với đập tràn mặt cắt thực dụng ta có: m = 1,33; n = 0,3 Page 24 THIẾT KẾ THỦY LỰC CÔNG TRÌNH GVHD:Ths.PHẠM QUANG THIỀN l1 = 1,33 15(1,5 + 0,3.15) = 12,6(m)  - Tính l2 k Chiều dài l2 k xác định từ phương trình dòng không tính gần theo công thức : l2 k = hk ik  hc   1 −  −  h x + k     Thay vào công thức ta tính l2 k = 18,2(m) - Tính l3 l3 = (2 ÷ 2,5)hk = 2.7,95 = 15,9(m) Vậy tổng chiều dài sân bậc tiêu thiết kế : Lk = 12,6 + 18,2 + 15,9 = 46,7(m) Tính toán nước nhảy ngập a Phương trình nước nhảy ngập Khi mặt cắt trước nước nhảy hoàn chỉnh bị ngập ta có nước nhảy ngập.Xét trường hợp nước nhảy ngập sinh dòng chảy chảy phía hạ lưu.Gọi hc độ sâu co hẹp luồng chảy phía hạ lưu độ sâu trước nước nhảy hoàn chỉnh , hz độ sâu mặt cắt co hẹp bị ngập, hh độ sâu hạ lưu tức độ sâu sau nước ngập Khi ta có phương trình động lượng cho nước nhảy ngập : 1 ρ α 02 q.v2 − ρ α 01.q.vc = γ hz2 − γ hh2 2 Coi : α 01 = α 02 = α = α Phương trình trở thành : Page 25 THIẾT KẾ THỦY LỰC CÔNG TRÌNH GVHD:Ths.PHẠM QUANG THIỀN hk3 hk3 2 − = hz − hh hh hc 2 Chia vế cho hc ,ta có : hk3 hc hk3 hz2 hh2 − = − hh hc3 hc3 hc2 hc2 Ta có : Với : hh = h' ' = ζ k'' hk = 1,33.7,95 = 10,57(m) h' = 0,7.hk = 0,7.7,95 = 5,565(m) ζ k' = h' 5,565 = = 0,7 hk 7,95 ζ k'' = Ta có : S= 6 = = 1,33 ' + 5.ζ k + 0,7 hh 10,57 = = 2,349 hc 4,5 Rrc = ( hk ) = 5,51 hc 1 K = S − Frc (1 − ) = 2,3492 − 2.5,51(1 − = 0,8 S 2,349) Hệ số ngập nước nhảy xác định : σ= hh 10,57 = = 0,82 h' 'c 12,86 b Độ dài nước nhảy ngập : Đặt λn.ng = ln.ng hc Theo công thức kinh nghiệm A.N.Rakhơmanốp (1956) ta có : Page 26 THIẾT KẾ THỦY LỰC CÔNG TRÌNH GVHD:Ths.PHẠM QUANG THIỀN Với S < 12,5 λn.ng = 6,5( S − 1,3) = 6,82 c Tổn thất lượng nước nhảy ngập Tổn thất lượng hw hai mặt cắt nước nhảy ngập tính từ phương trình Becnuli viết cho hai mặt cắt :  hh hz  hw q2 q2  −  = − − hc ghc3 ghh hc  hc hc  Sau rút gọn biểu thức ta có : ( 2,349 − 1) = 0,26 hw ( S − 1) = = hc 4S 4.2,349 3 hw = 0,26.hc = 0,26.4,5 = 1,17(m) Vậy tổn thất lượng nước chảy ngập 1,17 (m) Tính toán bể tiêu a Xác định chiều sâu bể tiêu Có nhiều phương pháp xác định chiều sâu bể khác : phương pháp Tréc tôu xốp,phương pháp Smectana,phương pháp Bákirova.Tuy nhiên ,yêu cầu chiều sâu bể phải vừa đủ để tạo nước nhảy ngập bể (với hệ số ngập σ n = 1,05 − 1,1) Phương trình nối tiếp mực nước thượng hạ lưu : hc = Hoặc : q ϕ g ( E0 − hc ) F(τ c ) = q ϕ E0 t QTr = m.BTr g H = 0,45.70 2.9,81.3,76 = 1017,28(m3 / s) Page 27 THIẾT KẾ THỦY LỰC CÔNG TRÌNH qn = GVHD:Ths.PHẠM QUANG THIỀN QTr 1017,28 = = 14,53(m / s / m) BTr 70 Phương trình nước nhảy viết dạng xác định độ sâu liên hiệp sau nước nhảy : α 8.q h'c = 0,5.hc + −1 g hc3 Phương trình hình học : H b = σ hc' = d + hh + ∆z Chiều sâu mực nước bể tính sơ : hb = d + hh = 10 + 7,95 = 17,95(m) Trong : ∆z = qn qn 14,532 14,532 − = − 2.ζ g.hh2 2.g hb2 2.9,81.7,952 2.9,81.17,952 ∆z = 0,137(m) Để tạo nước chảy ngập bể hb > hc '' + Tính chiều sâu mực nước bể : H b = d + hh + ∆z = 17,95 + 0,137 = 18,087(m) Trong : d - chiều sâu bể tiêu chọn 10 m ∆z - Độ chênh mực nước bể tiêu mực nước hạ lưu hha chiều cao mực nước hạ lưu chọn hk + Tính h' 'c : h' 'c = τ c'' E0'' Trong : E0'' = E0 + d = 15 + 10 = 25 (m) Page 28 THIẾT KẾ THỦY LỰC CÔNG TRÌNH GVHD:Ths.PHẠM QUANG THIỀN + Tính φτc φτc = qn ζ E 14,53 = 0,9.15 = 0,278 '' Từ ϕ , φτc tra bảng 3-85 – STKTTLI ta τ c = 0,569 => h' 'c = τ c'' E0'' = 0,569.25 = 14,225(m) Vì H b > h' 'c nên có nước nhảy ngập bể.Vậy chọn chiều sâu bể d = 10 (m) hợp lý b Tính toán chiều dài bể tiêu Chiều dài bể tiêu phải đủ dài để nước nhảy nằm gọn bể,khi hiệu tiêu bề đảm bảo Công thức tổng quát : Lb = lr + l1 Trong : lr - chiều dài nước rơi.Do trường hợp dòng nước tràn bám theo mặt tràn nên lr = l1 - chiều dài gói nước nhảy tính theo công thức Panovak : ( l1 = k h '' −h ' ) h ' , h '' - độ sâu liên hợp nước nhảy k - Lấy theo tỷ số bảng sau : h / h' 3÷4 ÷6 ÷ 20 > 20 k 5,5 5,0 4,5 4,0 Theo công thức Pavơlôpxki ta có : Page 29 THIẾT KẾ THỦY LỰC CÔNG TRÌNH GVHD:Ths.PHẠM QUANG THIỀN l1 = 4,5.hc'' = 4,5.12,86 = 57,87( m) Chiều dài bể tiêu cần xác định : Lb = l1 = 57,87(m) Ta chọn Lb = 58 (m) Vậy kích thước bể tiêu tính toán : 10 x 58(m) Page 30 ... số : 05 Page THIẾT KẾ THỦY LỰC CÔNG TRÌNH GVHD:Ths.PHẠM QUANG THIỀN Thiết kế thủy lực công trình cho đường tràn dọc tháo lũ từ hồ chứa thủy điện theo yêu cầu sau : Phương án :Đập tràn thực dụng...THIẾT KẾ THỦY LỰC CÔNG TRÌNH GVHD:Ths.PHẠM QUANG THIỀN MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU: I.Mục đích: Mục đích đồ án môn học thủy lực công trình để sinh viên trực tiếp bắt tay vào tính toán, thiết kế sơ... thiết kế Kênh có mặt cắt hình thang.Sơ chọn tiêu thiết kế kênh sau : - Hệ số mái kênh - Cao trình đầu kênh : m = 2,0 : ∇ đk = 50 m - Cao trình cuối kênh : ∇ ck = 44 m Page THIẾT KẾ THỦY LỰC CÔNG