Đang tải... (xem toàn văn)
Khi xây dựng các công trình thủy lợi trên nào đó thì nó làm phá hủy trạng thái cân bằng của lòng dẫn tự nhiên. Vì vậy một trong những vấn đề cơ bản của công trình thủy lợi là thủy động lực học , nghiên cứu thủy động lực học là nghiên cứu những quy luật chuyển động của chất lỏng thực cũng như tác động tương hỗ giữa nó với môi trường xung quanh. Để nghiên cứu giải quyết vấn đề thủy động lực học có rất nhiều phương pháp.
Bài tập môn học: NCTNCT GVHD: GS.TS Phạm Ngọc Quý BÀI TẬP MÔN HỌC NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÔNG TRÌNH Đề bài: Một đập tràn bêtông trọng lực có cửa van,mỗi cửa rộng 15m; van cung Cao trình ngưỡng tràn + 199,92m Mực nước dâng bình thường +215m; MNLTK= 216,033m; MNLKT = +217,85m; Toạ độ tràn theo Ofixêrôp, tiêu mũi phun chân đập Đáy đập cao trình 157,05m; đất tự nhiên sau đập ở+ 160,0m; MNHLLN + 165,0m Yêu cầu: I Thiết lập phương trình chung nhất, có sử dụng phương pháp Buckingham để lập sêri thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng góc nghiêng mũi phun α tới chiều dài hố xói Lx II Chọn tỷ lệ mô hình đặt phòng thí nghiệm rộng B x L = 30 x 100m, lưu lượng lớn trạm bơm cấp nước 300 l/s Học viên : lớp CH19C-CS2 trang Bài tập môn học: NCTNCT GVHD: GS.TS Phạm Ngọc Quý LỜI NÓI ĐẦU Khi xây dựng công trình thủy lợi làm phá hủy trạng thái cân lòng dẫn tự nhiên Vì vấn đề công trình thủy lợi thủy động lực học , nghiên cứu thủy động lực học nghiên cứu quy luật chuyển động chất lỏng thực tác động tương hỗ với môi trường xung quanh Để nghiên cứu giải vấn đề thủy động lực học có nhiều phương pháp Khi nghiên cứu vấn đề Thuỷ động lực học phương pháp giải tích xác thường bị hạn chế quy mô toán Mặt khác nhiều trường hợp lời giải tích thường kèm theo khó khăn lớn toán học, thường xuyên cách đặt toán theo quan điểm toán học chặt chẽ thực tính phức tạp tượng nghiên cứu Do vậy, ta lúc có kết đạt yêu cầu cách dùng phương pháp số Trong trường hợp để hỗ trợ ta dùng cách nghiên cứu thực nghiệm mô hình công trình thực tế Đối với công trình Thuỷ lợi nhỏ, quan trọng không cần thí nghiệm mô hình công trình lớn, quan trọng thiết phải thông qua thí nghiệm mô hình, tìm phương án bố trí tổng thể công trình đầu mối phận quan trọng cách hợp lý Mô hình vật lý đặc trưng Thuỷ lực dòng chảy dựa sở định luật tổng quát đồng dạng học kết hợp với lý thuyết thứ nguyên phương pháp giải tích Sự phối hợp chúng luôn cho ta kết khả quan Thông thường thực tế mô hình mô cách hoàn hảo tượng nghiên cứu điều kiện tự nhiên Do trình nghiên cứu phải vào nội dung yêu cầu thí nghiệm, đại lượng cần nghiên cứu, chế độ thuỷ lực dòng chảy v.v để lựa chọn đại lượng cần thí nghiệm lựa chọn tiêu chuẩn thí nghiệm phù từ xây dựng xê - ry thí nghiệm hợp lý Trong phạm vi tập nghiên cứu mô hình toán vật lý công trình thủy lợi, áp dụng cho đập tràn bêtông trọng lực cửa van đề cho, ta tập trung nghiên cứu ảnh hưởng góc nghiêng mũi phun α tới vị trí chiều dài hố xói Lx phương pháp phân tích thứ nguyên Buckingham Học viên : lớp CH19C-CS2 trang Bài tập môn học: NCTNCT GVHD: GS.TS Phạm Ngọc Quý NỘI DUNG I/.NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA GÓC NGHIÊNG MŨI PHUN α TỚI CHIỀU DÀI HỐ XÓI Lx– SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP BUCKINGHAM 1.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp BucKingham (Định lý hàm Π ) Phân tích thứ nguyên phương pháp mà nhờ nắm kiến thức tượng thuỷ lực cần nghiên cứu Cơ sơ lý luận phương pháp là: phương trình vật lý phải phương trình đồng thứ nguyên Khi nghiên cứu mô hình thủy lực ta cần khảo sát mối quan hệ tương hổ đại lượng mà đại lượng suy từ đại lượng khác Theo lý thuyết phân tích thứ nguyên, chất phương trình Buckingham chỗ biểu thị đại lượng biến đổi a 1,a2, a3 an, miêu tả tượng thuỷ động lực học cần nghiên cứu phiếm hàm f(a1, a2, a3 an) = (1) Quan hệ (1) biểu diễn quan hệ biến không thứ nguyên Π1, Π2, Π3, với Π1, Π2, Π3, thiết lập từ đại luợng a1, a2, a3, an Tổng số biến không thứ nguyên tổng số đại lượng vật lý biến đổi Nghĩa ta có phiếm hàm khác: f( Π1, Π2, Π3 , ) = (2) Nếu quan hệ miêu tả tượng thuỷ lực cần nghiên cứu có n đại lượng biến đổi độc lập a1, a2, a3, an mà thứ nguyên tương ứng A1, A2, A3, … An với việc chọn r thứ nguyên có (n-r) biến không thứ nguyên Π1, Π2, Π3, , Πn-r Nghĩa quan hệ (1) có n đại lượng biến đổi (2) có (n-r) biến không thứ nguyên Khảo sát quan hệ (2) thực chất giống khảo sát quan hệ (1) tổng số biến giảm đi, có nghĩa số thí nghiệm giảm Tổng thứ nguyên r gần với tổng số đại lượng biến đổi n giải toán đơn giản Thường r ≤ m = Đó thứ nguyên bản: Độ dài (có thứ nguyên L), khối lượng (có thứ nguyên M) thời gian (có thứ nguyên T) Học viên : lớp CH19C-CS2 trang Bài tập môn học: NCTNCT GVHD: GS.TS Phạm Ngọc Quý Mỗi biến Πi tích đại lượng biến đổi với số mũ để tích trở thành không thứ nguyên Mỗi biến Πi cần có (r+1) đại lượng biến đổi Khi chọn đại lượng biến đổi Πi cần thoả mãn hai điều kiện: Một đại lượng biến đổi trùng lặp Πi phải chứa đựng đủ r thứ nguyên chọn Hai thứ nguyên không tự tạo nên biến không thứ nguyên Trong trường hợp r = m =3, muốn thoả mãn hai điều kiện (m+1) = đại lượng biến đổi Πi có đại lượng lặp lại với số mũ xi, yi, zi Đại lượng biến đổi thứ tư Πi với số mũ pi (thường pi = ± 1), để tất n đại lượng biến đổi có mặt (2) Nghĩa là: Π1 = a1x1 a 2y1 a 3z1 a p41 Π1 = a 1x a 2y a 3z a p4 (3) Πn-3 = a 1x n −3 a 2y n −3 a 3z n −3 a p4 n −3 Tiến hành làm phép tính cân thứ nguyên ta tìm đại lượng Πi để tìm Sêri thí nghiệm nhằm giải yêu cầu toán 1.2 Thiết lập phương trình chung Chiều dài hố xói Lx chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố hình học, thuỷ động lực học dòng chảy như: 1.2.1.Các yếu tố Công trình: - Vận tốc dòng chảy - Độ mở cửa van - Chiều cao ngưỡng tràn - Hình dạng kích thước vị trí cửa van - Số cửa mở lấy nước vị trí cửa mở lấy nước - Hình dạng kích thước mố trụ - Chênh lệch cao độ mực nước thượng lưu mũi phun - Chênh lệch cao độ mực nước thượng lưu đáy kênh hạ lưu - Chiều rộng tràn nước kích thước mũi phun - Hình dạng mặt tràn - Độ dốc mũi phun Học viên : lớp CH19C-CS2 trang Bài tập môn học: NCTNCT GVHD: GS.TS Phạm Ngọc Quý - Số cửa van mở vận hành - Góc nghiêng mũi phun vị trí rơi xuống mặt nước hạ lưu - Hệ số lưu tốc 1.2.2.Các yếu tố thủy lực, thủy văn: - Khối lượng riêng nước - Hệ số nhớt động lực học - Lưu tốc trung bình mặt cắt - Cột nước tháo qua tràn - Mức độ chảy rối dòng chảy - Mức nước hạ lưu - Lưu lượng đơn vị - Địa chất sau mũi phun Do có điều kiện hạn chế trình xây dựng mô thời gian, kinh tế, thiết bị, kích thước phòng thí nghiệm, người thực thí nghiệm, phạm vi tập nên ta xét yếu tố ảnh hưởng chiều dài hố xói gồm: Vận tốc dòng chảy mũi phun: V (L/T) Diện tích mặt cắt ngang mũi phun: ω(L2) Mật độ khối lượng: ρ(M/L3) Độ nhớt động lực: µ(M/LT) Chênh lệch cao độ mực nước thượng lưu mũi phun S1 (L) Chênh lệch cao độ mực nước thượng lưu đáy kênh hạ lưu S (L) Gia tốc trọng trường: g(L/T2) Độ mở cửa van: a(L) Bán kính mũi phun: R(L) 10.Chiều cao mũi bậc so với MNHL P(L) 11 Lưu lượng dòng chảy qua tràn: Q(L3/T) 12 Chiều dài hố xói Lx(L) 13 Hệ số lưu tốc ϕ 14 Góc nghiêng mũi phun α[rad] 15 Góc β xác định phạm vi cong mũi phun: β [rad] Dòng chảy xem dòng ổn định, tức không xét đến yếu tố thời gian Học viên : lớp CH19C-CS2 trang Bài tập môn học: NCTNCT GVHD: GS.TS Phạm Ngọc Quý Dùng phương pháp BucKingham yếu tố ảnh hưởng viết dạng quan hệ hàm số Lx = F(V,ω,ρ,µ,St,S2,g,a,R,P,Q,θ,ϕ,α) Hay viết dạng khác: F(V,ω,ρ,µ,St,S2,g,a,R,P,Q,Lx,θ,ϕ,α) = (4) Chọn đại lượng Q, v, ρ Có thứ nguyên L, T, M Bài toán có số ẩn n = 15, r = 3, số hàm cần tìm j = 15 - = 12 Lập hàm: F (Π1, Π2, Π3, Π4, Π5, Π6, Π7, Π8, Π9, Π10, Π11,Π12) Ta viết phương trình không thứ nguyên sau: Π1 = Qx1.Vy1.ρz1.ω ⇒ Π1 = [L3.T-1]x1.[L.T-1]y1.[M.L-3]z1.[L2] Π2 = Qx2.Vy2.ρz2.µ ⇒ Π2 = [L3.T-1]x2.[L.T-1]y2.[M.L-3]z2.[M.L-1T-1] Π3 = Qx3.Vy3.ρz3.S1 ⇒ Π3 = [L3.T-1]x3.[L.T-1]y3.[M.L-3]z3.[L] Π4 = Qx4.Vy4.ρz4.S2 ⇒ Π4 = [L3.T-1]x4.[L.T-1]y4.[M.L-3]z4.[L] Π5 = Qx6.Vy6.ρz6.g ⇒ Π5 = [L3.T-1]x5.[L.T-1]y5.[M.L-3]z5.[L.T-2] Π6 = Qx6.Vy6.ρz6.a ⇒ Π6 = [L3.T-1]x6.[L.T-1]y6.[M.L-3]z6.[L] Π7 = Qx7.Vy7.ρz7.R ⇒ Π7 = [L3.T-1]x7.[L.T-1]y7.[M.L-3]z7.[L] Π8 = Qx8.Vy8.ρz8.P ⇒ Π8 = [L3.T-1]x8.[L.T-1]y8.[M.L-3]z8.[L] Π9 = Qx9.Vy9.ρz9.Lx ⇒ Π9 = [L3.T-1]x9.[L.T-1]y9.[M.L-3]z9.[L] Π10 = Qx10.Vy10.ρz10.ϕ ⇒ Π10 = [L3.T-1]x10.[L.T-1]y10.[M.L-3]z10 Π11 = Qx11.Vy11.ρz11.θ ⇒ Π11 = [L3.T-1]x11.[L.T-1]y11.[M.L-3]z11 Π12 = Qx12.Vy12.ρz12.β ⇒ Π12 = [L3.T-1]x12.[L.T-1]y12.[M.L-3]z12 (5) Cân thứ nguyên biểu thức tính Πi từ phương trình (5) ta có hệ phương trình sau: Π1: 3x1 + y1 - 3z1 + =0 z1 = ⇒ -x1 - y1 =0 z1 =0 x1 = - =0 z2 = - Π2: 3x2 + y2 - 3z2 - -x2 - y2 - Học viên : lớp CH19C-CS2 =0 ⇒ y1 = y2 = - 0,5 trang Bài tập môn học: NCTNCT GVHD: GS.TS Phạm Ngọc Quý z2 + Π3: 3x3 + y3 - 3z3 + =0 x2 = - 0,5 =0 z3 = -x3 - y3 =0 z3 =0 Π : - x4 - y =0 3x4 + y4 - 3z4 + =0 ⇒ y3 = 0,5 x3 = - 0,5 y4 = 0,5 ⇒ z4 = z4 =0 x4 = - 0,5 Π5: 3x5 + y5 - 3z5 + =0 z5 = - x5 - y - =0 z5 =0 Π6: 3x6 + y6 - 3z6 + =0 - x6 - y =0 z6 ⇒ x5 = 0,5 z6 = ⇒ =0 Π7: 3x7 + y7 - 3z7 + - x7 - y7 - z7 y6 = 0,5 x6 = - 0,5 =0 z7 = =0 ⇒ y7 = 0,5 =0 Π8: 3x8 + y8 - 3z8 + y5 = - 2,5 x7 = - 0,5 =0 z8 = - x8 - y8 =0 ⇒ y8 = 0,5 z8 =0 x8 = - 0,5 Π9: 3x9 + y9 - 3z9 + =0 z9 = - x – y9 =0 ⇒ y9 = 0,5 z9 =0 x9 = - 0,5 =0 z10 = Π10: 3x10 + y10 - 3z10 - x10 – y10 Học viên : lớp CH19C-CS2 =0 ⇒ y10 = trang Bài tập môn học: NCTNCT z10 Π11: 3x11 + y11 - 3z11 - x11 – y11 z11 Π12: 3x12 + y12 - 3z12 - x12 – y12 z12 GVHD: GS.TS Phạm Ngọc Quý =0 x10 = =0 z11 = ⇒ =0 y11 = =0 x11 = =0 z12 = ⇒ =0 y12 = =0 x12 = Thay số mũ tính vào công thức Πi ta có: Π1 = Q-1.V1.ω = V.ω Q Π2 = Q-0,5.V-0,5 ρ-0,5 µ = µ Π3 = Q-0,5.V0,5.S1 = St V Q Π4 = Q-0,5.V0,5.S2 = S2 V Q Π5 = Q-2,5.V0,5.g = g v Q Q2 Π6 = Q-0,5.V0,5.a = a V Q Π7 = Q-0,5.V0,5.R = R V Q Π8 = Q-0,5.V0,5.P = P Π9 = Q-0,5.V0,5.Lx = Lx V Qρ V Q V Q Π10 = ϕ Π11 = α Học viên : lớp CH19C-CS2 trang Bài tập môn học: NCTNCT GVHD: GS.TS Phạm Ngọc Quý Π12 = β Vậy: F(Π1, Π2, Π3, Π4, Π5, Π6, Π7, Π8, Π9, Π10, Π11, Π12) = = F( V.ω V V V g V V V V V ;µ ;S1 ;S2 ; ;a ;R ;P ; Lfx ;ϕ;α;β ) Qρ Q Q Q Q Q Q Q Q Q Hay: Lx V.ω V V V V g = F( ;µ ;S1 ;S2 ; Q Qρ Q Q Q2 Q V V V V ;a ;R ;P ;ϕ;α;β) Q Q Q Q Viết cách khác: F( L fxx = V.ω V V V g ,µ ;S1 ; S2 ; Q Qρ Q Q Q2 V V V V α ;a ;R ;P ; ϕ ;θ ; β ) Q Q Q Q V Q Đây công thức chung biểu thị ảnh hưởng góc α tới chiều dài hố xói Lx Học viên : lớp CH19C-CS2 trang Bài tập môn học: NCTNCT GVHD: GS.TS Phạm Ngọc Quý II/ CHỌN TỶ LỆ MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 2.1 Tiêu chuẩn tương tự Theo điều kiện toán, dòng chảy qua tràn dòng chảy hở chịu tác dụng lực trọng trường chính, ta chọn tiêu chuẩn tương tự đạt theo tiêu chuẩn Froud cần bảo đảm mức độ rối nhau, hệ số lực cản Sêzi phải đồng Tiêu chuẩn biểu thị quan hệ sau: Fr = Idem (6) Re ≥ Regh (7) C = Idem (8) Theo tiêu chuẩn Froud, ta có tỷ lệ tính theo công thức sau: Tỷ lệ độ dài hình học: λl Tỷ lệ lưu lượng: λq = λl5/2 Tỷ lệ vận tốc dòng chảy: λv = λl1/2 Tỷ lệ áp suất: λp = λl Tỷ lệ thời gian: λt = λl1/2 Tỷ lệ độ nhám: λn = λl1/6 2.2 Xác định phạm vi cần thiết phải nghiên cứu mô hình a Chiều cao cần thiết nghiên cứu: H Được xác định sở cao trình mực nước lớn thượng lưu, cao trình thấp hạ lưu, khoảng an toàn lưu không thượng hạ lưu H = ∇ max - ∇ + ∇ h (9) Trong đó: ∇ max: Cao trình mực nước lớn thượng lưu cần nghiên cứu ∇ min: Cao trình thấp hạ lưu ∇ h: Khoảng chiều cao an toàn để bố trí thoát nước tự sau hạ lưu, nước không dềnh bờ thượng lưu mô hình b Chiều dài cần nghiên cứu: L Bằng tổng chiều dài phận công trình cần nghiên cứu, chiều dài thượng lưu để bố trí thiết bị giảm sóng, tạo dòng chảy lặng vào cửa công trình nghiên cứu ảnh hưởng thượng lưu, cần thiết phải lấy thêm khoảng gia tăng hạ Học viên : lớp CH19C-CS2 trang 10 Bài tập môn học: NCTNCT GVHD: GS.TS Phạm Ngọc Quý lưu để bố trí thiết bị điều chỉnh mực nước, thiết bị thu hồi vật liệu xói nghiên cứu xói (trên mô hình lòng mềm) thoát nước hạ lưu L= ∑Li + Lthượng lưu + Lhạ lưu (10) c Chiều rộng cần nghiên cứu: B Là chiều rộng cần thiết công trình tương ứng với cao trình mực nước lớn thượng lưu (theo mặt cắt ướt) tăng thêm khoảng an toàn dùng để bố trí lối lại phục vụ cho đo đạc B = Bmax + ∆B (11) 2.3 Các yêu cầu chọn tỷ lệ mô hình − Đảm bảo tiêu chuẩn tương tự (6) ÷ (8) − Mô hình đủ diện tích để bố trí đầy đủ phận công trình mục (2) tính toán theo tỷ lệ chọn − Cần phải thoả mãn điều kiện giới hạn: Cột nước tràn đỉnh ngưỡng H ≥ 50mm, lưu tốc dòng chảy v ≥ 0,23m/s, chiều cao dòng chảy mô hình h ≥ 15mm Khi dòng chảy cửa van độ mở nhỏ cửa van a ≥ 60mm, cột nước áp lực h ≥ 3,3a − Các thiết bị đo đạc có đủ khả đo đạc thông số (v max, vmin v.v…) khả phòng thí nghiệm đáp ứng mặt cấp nước, trang thiết bị, có đủ khả cung cấp vật liệu cho mô hình v v − Chọn tỷ lệ hợp lý 2.4 Tính toán cụ thể 2.4.1.Tính toán thiết kế mô hình a) Tính toán sơ số thông số để xác định tỷ lệ mô hình: Để tính toán tỷ lệ mô hình nghiên cứu, thông số cho cần phải xác định kích thước khác: Chiều sâu hố xói lớn T x, chiều dài lớn hố xói Lx, chiều dài phóng xa Lfx lưu lượng lớn Qmax Khi mực nước đập cao trình MNLKT, cửa van mở hoàn toàn, đập tháo lưu lượng lớn theo yêu cầu Qmax Khi cột nước: Hmax = MNLKT - ∇ ngưỡng = 217,85-199,92 = 17,93 (m) Lưu lượng lớn tháo qua đập tràn Ôphixêrốp ta có: Học viên : lớp CH19C-CS2 trang 11 Bài tập môn học: NCTNCT GVHD: GS.TS Phạm Ngọc Quý Q = εm∑ b g H o3 / Chọn ε = 0,97; m = 1; ∑ b = 8b = *15 = 120m bỏ qua lưu tốc tới gần ⇒ Qmax = 0,97.1.120 2.9,81.17,933 / = 39144,52 (m3/s) ⇒ q = Q/ ∑ b = 39144,52/120 = 326,2 (m3/ms) b) Tính toán thông số hố xói: Ta cần tính toán với nhiều cấp lưu lượng khác để xác định đường bao hố xói tập tính với trường hợp Qmax A A Z1 θ Vh Z0 α1 a h hx L1 bx Hình 2-1: Sơ đồ tính toán thông số hố xói − Xác định góc luồng chảy α: Góc α luồng chảy xác định theo công thức: α = α H − (β − α ) Trong đó: • αH : góc nghiêng đáy mũi phóng với mặt phẳng nằm ngang mặt cắt ra(chọn α=30o) • β: góc tạo tiếp tuyến cung mũi phun vị trí tiếp giáp đoạn thẳng đoạn cong mũi phun đầu mũi phun (chọn β=830) • α0: góc hợp mặt tràn phương trục luồng chảy xác định theo đồ thị hình (14TCN81-90) phụ thuộc vào tỷ số RH /h1 góc tâm β Học viên : lớp CH19C-CS2 trang 12 Bài tập môn học: NCTNCT GVHD: GS.TS Phạm Ngọc Quý α0/β = 0,96 → α0 = 79,68o α = 30 − (83 − 79,68) = 26,68o − Xác định độ phun xa luồng phun: Độ phóng xa luồng chảy từ mũi phóng đến mực nước hạ lưu tính theo công thức: Z L1 = k Z1 ϕ sin 2α 1 + + − 1 2 Z1 ϕ sin α (11) Trong : • k: hệ số xét đến ảnh hưởng hàm khí v32 FrH= 35 k=1 k=0,8÷ 0,9 • FrH: số frut mặt cắt dòng chảy khỏi mũi phun • v3,h3 : vận tốc độ sâu mặt cắt 3-3 • Z1: Chênh lệch MNTL với đáy cuối dốc Z1=217,85-160=57,85m • ϕ : hệ số vận tốc xét đến tổn thất cột nước toàn tuyến xả ϕ= vH gZ H • ZH : cột nước mũi phóng đập • Z0:độ chênh lệch mực nước thượng hạ lưu Z0 = 217,85 – 165 =52,85m Chọn k = 1; ϕ = 0,9 Thay vào (11) ta tính được: L1 = 1.57,85.0,9 sin(2.26,68)[1 + ( + 52,85 − ) ] =257,67m 57,85 0,9 sin 26,68 − Xác định góc đổ luồng chảy vào mặt nước hạ lưu: Góc đổ luồng chảy vào mặt nước hạ lưu tính theo công thức: 2 )( H o / Eo ) = (1 − tg 30 o )(17,93 / 57,85) = 0,4545 cos α1 = (1 − imui ⇒ α1 = 62,96 Trong đó: imũi = tg α H : Độ dốc mũi phun Học viên : lớp CH19C-CS2 trang 13 Bài tập môn học: NCTNCT GVHD: GS.TS Phạm Ngọc Quý − Xác định chiều sâu hố xói: Có nhiều công thức tính chiều sâu hố xói Theo AN Patrasep chiều sâu hố xói ứng với đất không dính: Tx = 3,9q 0,5 ( Z / d 90 ) , 25 − hh (12) q = 322,84(m3/ms) : Lưu lượng đơn vị Zo = Eo –hh = (217,85- 160) – (165-160) = 52,85(m) d90:Đường kính hạt mà trọng lượng hạt không lớn chiếm 90% d90 = 800(mm) Thay vào (12) → Tx = 3,9.326,20,5 (52,85/800)0,25 -5= 35,71m − Chiều dài lớn hố xói: Với quan điểm cho hố xói có dạng hình thang: đáy có chiều rộng 2hk, mái thượng lưu m1 = 3; mái hạ lưu m2 = 1,5 Lx = 2hk + 4,5Tx = 2.5+ 4,5.35,71 =170,69m ⇒ chọn Lx=171m 2.4.2 Xác định kích thước khống chế phạm vi nghiên cứu − Chiều cao cần thiết nghiên cứu: Theo công thức (2.12) H =∇ max -∇ min+∆h = 217,85 – 157,05 + 0,3 = 61,1m Trong : • ∇ max : cao trình mực nước lớn thượng lưu cần nghiên cứu • ∇ : cao trình thấp hạ lưu • ∆h : khoảng chiều cao an toàn, để bố trí thoát nước tự sau hạ lưu − Chiều dài cần nghiên cứu: Theo công thức (2.13) Bằng tổng chiều dài phận công trình; chiều dài phần thượng lưu để bố trí thiết bị giảm sóng tạo dòng chảy lặng vào cửa công trình thêm khoảng gia tăng hạ lưu để bố trí thiết bị điều chỉnh mực nước thoát nước hạ lưu: L = ΣLi +Ltl+Lhl Trong đó: ΣL=Bđập+Lfx+Tx/m2 = 25 + 257,67 + 35,71/1,5 = 306,48(m)≈ 306,5(m) Ltl = (3÷ 5)Htl = (3÷ 5)57,85 chọn Ltl = 289,25m Lhl=(8÷ 10)Hhl=(8÷ 10)5 chọn Lhl = 50m Học viên : lớp CH19C-CS2 trang 14 Bài tập môn học: NCTNCT GVHD: GS.TS Phạm Ngọc Quý ⇒ L = 306,5 + 289,25+50 = 645,75 ≈ 646 m − Chiều rộng cần nghiên cứu: Theo công thức (2.14) Là chiều rộng lớn công trình, tương ứng với cao trình mực nước lớn thượng lưu (theo mặt cắt ướt), tăng thêm khoảng an toàn dùng để bố trí lối lại phục vụ cho đo đạc: B = Bmax+∆B + Chiều rộng phần cửa cống: B = 8b + 7Bmố trụ+ 2Bmố bên = 8.15 +5.1,5+ 4.2 = 135,5 (m) + Chọn ∆B = 1m ⇒ B = 137m 2.4.3.Chọn tỷ lệ mô hình Chọn tỷ lệ mô hình theo khả tối đa máy bơm cấp nước Theo tiêu chuẩn Fr: λQ= ⇒ Qt = λL5/2 ⇒ λL= (Qt/Qm)2/5 = (39144,52/0,3)2/5 = 111,23 Qm Chọn λ L=111 2.4.4/ Kiểm tra kích thước mô hình điều kiện giới hạn: - Chiều cao mô hình : Hm= 61,1/111 = 0,55 m - Chiều dài mô hình : Lm= 646/111 = 5,82m < [100] m - Chiều rộng mô hình : Bm=137/111 = 1,23 m < [30] m Với phòng thí nghiệm có kích thước BxL = 30 x 100 (m) hoàn toàn bố trí mô hình thí nghiệm 2.4.5 Kiểm tra điều kiện giới hạn *Điều kiện số Re: Rem ≥ Regh Học viên : lớp CH19C-CS2 trang 15 Bài tập môn học: NCTNCT - GVHD: GS.TS Phạm Ngọc Quý Khi tiến hành thí nghiệm theo điều kiện giới hạn để bỏ qua sức căng mặt cột nước đỉnh tràn ngưỡng tròn h≥ 50mm, tương ứng cột nước thực tế h =1,0m - Lưu lượng qua đập tràn thực dụng ta tính Q t = 39144,52 m3/s, vận tốc đỉnh đập tràn vt = 39144,52/(8.15.17,93) = 18,19 m/s, tương ứng mô hình có: - Qm= Qt 39144,52 = = 301,53(l / s) 5/ λ L 111 / vm = vt 18,19 = = 1,73(m / s) > 0,23m/s (thoả mãn) 1/ λL 1111 / Chiều sâu dòng chảy mô hình: Hm = ⇒ Rem= Ht =17,93/111= 0,162 m = 162mm>15(thoả mãn) λL 1,73.0,05 v.h = = 86500 > Rgh, với cấp lưu lượng lớn mô ν 0,01.10 −4 hình có Re lớn nên điều kiện giới hạn Re đảm bảo * Điều kiện độ nhám, chọn vật liệu mô hình: - Theo tiêu chuẩn Fr: λn = nt =λL1/6 nm - Đối với đập tràn trọng lực bê tông có n = 0,014 ⇒ nm = nt 0,014 = = = 0,0076 1/ λL 1111 / ⇒ Có thể chọn vật liệu chất dẻo - Đối với kênh dẫn, phận có n = 0,025 nm = nt 0,025 = = 0,011 1/ λL 1111 / ⇒ Theo pavơlopxki chọn vật liệu vữa xi măng cát vàng KẾT LUẬN Học viên : lớp CH19C-CS2 trang 16 Bài tập môn học: NCTNCT GVHD: GS.TS Phạm Ngọc Quý Khi nghiên cứu ảnh hưởng góc α tới chiều dài hố xói Lx trình bày thuộc loại mô hình không gian, tổng thể lòng dẫn cứng Do điều kiện thời gian hiểu biết hạn chế nên tác giả giả thiết số số trường hợp để tính toán lựa chọn mô hình, phần quan trọng khác thiết kế mô hình chưa có điều kiện đề cập đến Công việc thí nghiệm công việc quan trọng trình thiết kế công trình, cần phải có thận trọng, tỷ mỉ, xác, tránh sai sót Vì thí nghiệm khâu cuối công nghệ thiết kế kết thường áp dụng cho công trình thực tể bổ sung cho nghiên cứu Học viên : lớp CH19C-CS2 trang 17 .. .Bài tập môn học: NCTNCT GVHD: GS.TS Phạm Ngọc Quý LỜI NÓI ĐẦU Khi xây dựng công trình thủy lợi làm phá hủy trạng thái cân lòng dẫn tự nhiên Vì vấn đề công trình thủy lợi thủy động lực học. .. lực học , nghiên cứu thủy động lực học nghiên cứu quy luật chuyển động chất lỏng thực tác động tương hỗ với môi trường xung quanh Để nghiên cứu giải vấn đề thủy động lực học có nhiều phương pháp... trọng lực cửa van đề cho, ta tập trung nghiên cứu ảnh hưởng góc nghiêng mũi phun α tới vị trí chiều dài hố xói Lx phương pháp phân tích thứ nguyên Buckingham Học viên : lớp CH19C-CS2 trang Bài tập