Giáo trình: Thủy lực - Chương 7

ục tiêu: Trang bị cho sinh viên những kiến thưc cở sở về thủy lực: thủy tĩnh lực, động học, động lực học. Hiểu rõ các quy luật cân bằng, chuyển động và mối liệ hệ giữa lực và chuyển động

- Điều kiện để có dòng chảy đều không áp trong kênh :

+ Lưu lượng không đổi dọc theo dòng chảy và theo thời gian + Mặt cắt ngang không đổi về hình dạng

+ Độ sâu (khoảng cách từ một điểm trên mặt thoáng đến đáy) là không đổi + Độ dốc đáy không đổi

+ Độ nhám không đổi (n = const)

Những điều kiện trên phải đồng thời thoả mãn

2

- Đường tổng cột nước song song với đường cột nước đo áp

- Vì độ sâu h = const nên Jp = i = sinα (α là góc hợp bởi đáy và đường nằm ngang)

iRCV =

Gọi W =CR là đặc tính lưu tốc (hay môduyn lưu tốc)

Q=.ω =ω =.

K =ω là đặc tính lưu lượng (hay môđuyn lưu lượng)

7.2 Các yếu tố thuỷ lực mặt cắt kênh

7.2.2 Các yếu tố thuỷ lực của mặt cắt kênh điển hình :

a Mặt cắt hình thang đối xứng :

B

b m

α

Hình 7 - 1: Mặt cắt kênh hình thang đối xứng

- Chiều rộng mặt thoáng : B = b + 2.m.h (m = cotgα) - Diện tích mặt cắt ướt : ω = (b + m.h).h

- Chuvi ướt : Χ=b+2.h( 1+m2)

- Bán kính thuỷ lực : ()

+=Χ= ωKhi b >> h ta có : R = h b Mặt cắt hình chữ nhật :

= khi b >> h : R = h; Χ = b c Mặt cắt hình tam giác :

2h +m

d Mặt cắt Parabol :

Chu vi ướt : Χ=B khi ≤0.15

Χ=2.B khi >2

B khi ≤0.33

Χ=1,78h+0,61.B khi ≤2

7.2.3 Các công thức tính toán cơ bản :

Công thức Sê-di :

RCW =

C = 1. (Pavơlôpxki) y=1,5 n khi R < 1; y=1,3. n

Rn

B

b m

α

Hình 7 - 5: Mặt cắt kênh hình thang

Q đạt giá trị max khi R max (khi ω = const; i = const; n = const)

Nghĩa là khi đó Χ min (Khi diện tích mặt cắt ướt không đổi; mặt cắt có lợi nhất về thuỷ lực là mặt cắt có chu vi ướt nhỏ nhất)

- Trong những mặt cắt có diện tích không đổi, mặt cắt hình tròn có chu vi nhỏ nhất Tuy nhiên, trong quá trình thi công, mặt cắt tròn rất khó khăn Trong thực tế người ta sử dụng mặt cắt kênh hình thanh đối xứng

2hmb+ +=

Thay b vào (7-5) ta có:

Χ ω .2 12 ω .212

(7-7) Mặt cắt có lợi nhất về thuỷ lực khi Χ min

Đặt =β

(chiều rộng tương đối của mặt cắt kênh) (7-10)

12

Đặt : =σ

bhm 0

σ gọi là đặc trưng mặt cắt, biểu thị quan hệ giữa kích thước mặt cắt và m

´

Thay lên công thức tính diện tích mặt cắt ướt :

Như vậy, nếu biết đặc trưng mặt cắt của kênh thì quan hệ giữa các yếu tố của mặt cắt kênh sẽ được xác định

7.4.2 Đặc trưng σ của mặt cắt có lợi nhất về thủy lực :

Mặt cắt có lợi nhất về thủy lực là mặt cắt cho qua Q lớn nhất khi ω, i, n không đổi Điều đó có nghĩa là khi bán kính thủy lực lớn nhất (Hay chu vi ướt nhỏ nhất)

Hay : (1 σ)2

+ lớn nhất ´ (1 )2 ⎟⎟=0⎠⎞⎜

´ σ =1

7.4.3 Quan hệ giữa mặt cắt có lợi nhất về thủy lực và mặt cắt bất kỳ :

Mặt cắt có lợi nhất về thủy lực có σ = 1 Mặt cắt bất kỳ có σ 1 ≠

Đề xét quan hệ giữa 2 mặt cắt, ta viết phương trình cơ bản :

Q=ω với y

σσω = +

⎝⎛ +=+

Biến đổi xong ta có :

⎛ + y

(7-12) Nếu y = const ´ R = f(Rln) ´ Khi biết Rln ta có thể suy ra R Biết R sẽ xác định

Q=4. 0.1. 6. 2.5 ´

´

Theo Foóccơrâyme : 1.R 5

´

Pavơlôpxki lập bảng tính tra ra Rln theo hàm

7.4.5 Các bài toán thường gặp :

7.4.5.1 Tìm chiều sâu dòng chảy trong kênh (h) khi biết Q, b, h, m, n, i : Cách giải :

+ Tính Rln bằng câch trực tiếp hoặc tra bảng 8-1 + Lập tỷ số :

+ Tra bảng phụ lục (8-3) xác định b =a

→ h = Rln.a

7.4.5.2 Tìm b biết Q,h, m, n, i : + Tính Rln

+ Lập tỷ số

+ Tra bảng (8-3) tìm

b → tìm được b 7.4.5.3 Tìm cả b và h biết Q, m, n, i, β :

+ Tính Rln

+ Tính

và

h → b và h 7.4.5.4 Tìm b,h khi biết Q, m, n, i và R (hoặc V)

+ Tính Rln

+ Nếu có R : lập tỉ số

+ Tra bảng 8-3 tìm

R 3 = → . ⎟⎟ 2⎠⎞⎜⎜⎝⎛=

Theo Foócơrayme : 7

iVnR