Nghiên cứu xác lập công thức tính toán một số thông số nước nhảy đáy trên kênh dốc thuận có lòng dẫn mở rộng dần (Luận án tiến sĩ)

Nghiên cứu xác lập công thức tính toán một số thông số nước nhảy đáy trên kênh dốc thuận có lòng dẫn mở rộng dần (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác lập công thức tính toán một số thông số nước nhảy đáy trên kênh dốc thuận có lòng dẫn mở rộng dần (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác lập công thức tính toán một số thông số nước nhảy đáy trên kênh dốc thuận có lòng dẫn mở rộng dần (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác lập công thức tính toán một số thông số nước nhảy đáy trên kênh dốc thuận có lòng dẫn mở rộng dần (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác lập công thức tính toán một số thông số nước nhảy đáy trên kênh dốc thuận có lòng dẫn mở rộng dần (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác lập công thức tính toán một số thông số nước nhảy đáy trên kênh dốc thuận có lòng dẫn mở rộng dần (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác lập công thức tính toán một số thông số nước nhảy đáy trên kênh dốc thuận có lòng dẫn mở rộng dần (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác lập công thức tính toán một số thông số nước nhảy đáy trên kênh dốc thuận có lòng dẫn mở rộng dần (Luận án tiến sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

LÊ THỊ VIỆT HÀ

NGHIÊN CỨU XÁC LẬP CÔNG THỨC TÍNH TOÁN

MỘT SỐ THÔNG SỐ NƯỚC NHẢY ĐÁY TRÊN KÊNH DỐC THUẬN CÓ LÒNG DẪN MỞ RỘNG DẦN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

LÊ THỊ VIỆT HÀ

NGHIÊN CỨU XÁC LẬP CÔNG THỨC TÍNH TOÁN

MỘT SỐ THÔNG SỐ NƯỚC NHẢY ĐÁY TRÊN KÊNH DỐC THUẬN CÓ LÒNG DẪN MỞ RỘNG DẦN

i

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Tác giả luận án

Chữ ký

Lê Thị Việt Hà

ii

LỜI CÁM ƠN Luận án “Nghiên cứu xác lập công thức tính toán một số thông số nước nhảy đáy trên kênh dốc thuận có lòng dẫn mở rộng dần” đã được hoàn thành tại trường Đại

học Thủy lợi với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo, các nhà khoa học; cùng sự giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi của các cơ quan, đơn vị, đồng nghiệp, gia đình, bạn

bè

Tác giả vô cùng biết ơn tập thể thầy hướng dẫn là Giáo sư - Tiến sĩ Hoàng Tư An và Phó giáo sư - Tiến sĩ Hồ Việt Hùng đã tận tình giảng dạy và hướng dẫn tác giả trong quá trình học tập và hoàn thành luận án

Tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Thủy lợi, Trường Đại học Giao thông Vận tải đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả

Tác giả trân trọng cảm ơn các nhà khoa học và các đồng nghiệp đã giúp đỡ, đóng góp nhiều ý kiến sát thực để luận án này thành công

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn của mình đối với gia đình, bạn bè đã động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận án

Với những kết quả đạt được của luận án, tác giả hy vọng những đóng góp của mình sẽ

là cơ sở khoa học phục vụ cho nghiên cứu tính toán thủy lực trong thiết kế, xây dựng và quản lý vận hành công trình thủy lợi

Tính toán nước nhảy không ngập trong lòng dẫn phi lăng trụ mở rộng dần là vấn đề khá phức tạp Do đó kết quả nghiên cứu của luận án khó tránh khỏi hạn chế Tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp quý báu của các nhà khoa học để tiếp tục nâng cao và hoàn thiện công trình nghiên cứu này

Xin chân thành cảm ơn!

iii

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ x

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Nội dung nghiên cứu 2

5 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 3

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3

7 Những đóng góp mới của luận án 4

8 Cấu trúc của luận án 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG NƯỚC NHẢY Ở HẠ LƯU CÔNG TRÌNH……….6

1.1 Nước nhảy ở hạ lưu công trình tháo nước kiểu dốc nước 6

1.2 Một số phương pháp và kết quả nghiên cứu 7

1.2.1 Bài toán phẳng 7

1.2.1 Bài toán không gian hữu hạn 14

1.3 Kết luận chương 1 15

CHƯƠNG 2 THIẾT LẬP CÔNG THỨC GIẢI TÍCH TÍNH ĐẶC TRƯNG CỦA NƯỚC NHẢY TRONG LÒNG DẪN MẶT CẮT NGANG HÌNH CHỮ NHẬT MỞ RỘNG DẦN, ĐÁY DỐC THUẬN VÀ ĐÁY BẰNG 18

2.1 Đặt vấn đề chương 2 18

2.2 Lý thuyết cơ bản [35] [36] [37] [38] 18

2.3 Thiết lập các công thức giải tích tính đặc trưng nước nhảy trong lòng mặt cắt ngang hình chữ nhật mở rộng dần, đáy dốc thuận, đáy bằng 21

2.3.1 Giả thiết 21

2.3.2 Sự thay đổi chiều sâu tương đối dòng chảy dọc theo chiều dài tương đối khu xoáy và chiều dài tương đối nước nhảy 22

2.3.3 Hình dạng mặt thoáng trung bình và chiều dài tương đối khu xoáy mặt trong lòng dẫn dốc 28

iv

2.3.4 Quy luật thay đổi vận tốc điểm tương đối ở đáy và vận tốc điểm tương đối

ở mặt trong khu xoáy của nước nhảy 41

2.3.5 Trường hợp riêng: lòng dẫn phi lăng trụ mở rộng dần đáy bằng 44

2.4 Kết luận chương 2 46

CHƯƠNG 3 KIỂM ĐỊNH CÔNG THỨC LÝ THUYẾT MỚI 47

3.1 Đặt vấn đề chương 3 47

3.2 So sánh các công thức mới thiết lập với công thức đã có 47

3.2.1 Nước nhảy trong lòng dẫn đáy bằng phi lăng trụ mở rộng dần 47

3.2.2 Nước nhảy trong lòng dẫn lăng trụ đáy dốc 48

3.2.3 Nhận xét chung 50

3.3 Mô hình vật lý thí nghiệm hiện tượng nước nhảy trong lòng dẫn phi lăng trụ mở rộng dần, đáy dốc thuận 51

3.3.1 Mô tả thí nghiệm 51

3.3.2 Kiểm định thiết bị đo đạc thí nghiệm 52

3.4 Kiểm định công thức lý thuyết mới 54

3.4.1 Kiểm chứng giả thiết phân bố vận tốc điểm 55

3.4.2 Kiểm chứng chiều sâu tương đối và chiều dài tương đối khu xoáy 64

3.4.3 Đường mặt nước trung bình trong khu xoáy 66

3.4.4 Kiểm chứng phân bố vận tốc điểm tương đối 1 1 ; m n u u V V dọc theo chiều dài khu xoáy 70

3.5 Kết luận chương 3 73

CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH CÔNG THỨC MỚI THIẾT LẬP VÀ MỞ RỘNG NGHIÊN CỨU MỚI 74

4.1 Phân tích kết quả tính toán 74

4.1.1 Mối quan hệ giữa chiều dài khu xoáy và chiều dài nước nhảy 74

4.1.2 Ảnh hưởng của độ dốc đáy, góc mở lòng dẫn, số Fr1 và hệ số hình dạng mặt cắt trước nước nhảy đến đặc trưng hình học của nước nhảy 75

4.2 Đặc trưng của nước nhảy trong lòng dẫn mở rộng dần thay đổi độ dốc 81

4.2.1 Chiều sâu tương đối nước nhảy tại vị trí lòng dẫn có độ dốc thay đổi 82

4.2.2 Chiều sâu tương đối của nước nhảy tại vị trí cuối khu xoáy 84

4.2.3 Chiều sâu tương đối của dòng chảy cuối nước nhảy 86

4.2.4 Chiều dài tương đối khu xoáy, chiều dài tương đối nước nhảy 87

v

4.3 Kết luận chương 4 87

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89

1 Kết quả đạt được của luận án 89

2 Những đóng góp mới của luận án 89

3 Tồn tại và hướng phát triển 90

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

PHỤ LỤC 96

vi

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ bể tiêu năng sau dốc nước 6

Hình 1.2 Sơ đồ nước nhảy trong lòng dẫn lăng trụ, đáy dốc [14] 11

Hình 2.1 Sơ đồ dòng tia trong không gian bán giới hạn [36] 18

Hình 2.2 Sơ đồ mặt bằng của dòng chảy 20

Hình 2.3 Sơ đồ bài toán nước nhảy trên lòng dẫn phi lăng trụ mở rộng dần đáy dốc 22

Hình 3.1 Quan hệ giữa 2 với Fr1 trong trường hợp tg 0,03; 0,04;i0 47

Hình 3.2 Quan hệ 2 với Fr1 trong lòng dẫn lăng trụ i0,15; 0,0434 49

Hình 3.3 Quan hệ giữa 2 với Fr1 trong lòng dẫn lăng trụ i  0,05;   0,037 50

Hình 3.4 Hình ảnh bọt khí trong nước nhảy 51

Hình 3.5 Sơ đồ thí nghiệm trên mô hình vật lý mô phỏng nước nhảy 51

Hình 3.6 Sơ đồ bố trí mặt cắt, điểm đo chiều sâu, vận tốc điểm dòng chảy 55

Hình 3.7 Biểu đồ n m n u u u u   theo z h với i0,156, trường hợp 2 58

Hình 3.8 Biểu đồ n m n u u u u   theo z h với i0,156, trường hợp 3 58

Hình 3.9 Biểu đồ n m n u u u u   theo z h với i0,036, trường hợp 1 59

Hình 3.10 Biểu đồ n m n u u u u   theo z h với i0,036, trường hợp 4 61

Hình 3.11 Biểu đồ n m n u u u u   theo z h với i0, trường hợp 1 61

Hình 3.12 Biểu đồ n m n u u u u   theo z h với i0, trường hợp 5 61

Hình 3.13 Quan hệ giữa h và 1 x h với 2 1 33, 78; 0, 045; 0,156 Fr    i 67

Hình 3.14 Quan hệ giữa h và 1 x h với 2 1 42, 2; 0, 04; 0,156 Fr    i  67

Hình 3.15 Quan hệ giữa h và 1 x h với 2 1 22, 03; 0, 049; 0, 036 Fr    i  68

Hình 3.16 Quan hệ giữa h và 1 x h với 2 1 46,96; 0, 037; 0, 036 Fr    i 68

Hình 3.17 Quan hệ giữa h và 1 x h với 2 1 24, 42; 0, 033; 0, 0 Fr    i  69

1 '

x

l

h và xvới độ dốc lòng dẫn, trường hợp 0 i 0,13 76Hình 4.3 Mối quan hệ giữa

1 '

x

l

h và xvới góc mở lòng dẫn, trường hợp i0,13 76Hình 4.4 Mối quan hệ

1 '

x

l

h và xvới góc mở lòng dẫn, trường hợp 0 i 0,13 77Hình 4.5 Mối quan hệ giữa

1 '

x

l

h và xvới góc mở lòng dẫn, trường hợp i0 77Hình 4.6 Mối quan hệ giữa

1 '

x

l

h và xvới  trường hợp 0 i 0,13 80Hình 4.11 Mối quan hệ giữa giữa

1 '

x

l

h và xvới  trường hợp i0 80Hình 4.12 Xói lở công trình do nước nhảy xuất hiện tại vị trí thay đổi độ dốc lòng dẫn 81Hình 4.13 Sơ đồ nước nhảy trên lòng dẫn phi lăng trụ mở rộng dần có độ dốc đáy thay đổi 82Hình 4.14 Mô hình thí nghiệm vật lý lòng dẫn có đáy thay đổi độ dốc 83

i 65Bảng 3.10 Quan hệ giữa x;l x /h1 với số Fr trong lòng dẫn phi lăng trụ mở rộng dần 12

0,036

i 65Bảng 3.11 Quan hệ giữa x;l x /h1 với số Fr trong lòng dẫn phi lăng trụ mở rộng dần 12

0,0

i 66Bảng 3.12 Phân bố

ix

Bảng 3.17 Phân bố

1

m

u

V và 1

n

u

V theo 1'

x

h với i0, trường hợp 2 73

Bảng 4.1 Mối quan hệ giữa 2 x l l ứng với 3 độ dốc tính toán 75

Bảng 4.2 Quan hệ giữa nt với Fr1 84

Bảng 4.3 Quan hệ giữa x với Fr1 86

Bảng 4.4 Quan hệ giữa c với Fr1 86

Bảng 4.5 Quan hệ giữa lnt/h1; lx/h1; lc/h1 với Fr1 87

x

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ

1 Các từ viết tắt

b : Bề rộng dòng chảy tại vị trí bất kỳ

bx : Bề rộng dòng chảy cuối khu xoáy

b1 : Bề rộng dòng chảy trước nước nhảy

b2 : Bề rộng dòng chảy cuối nước nhảy

Fx : Thành phần lực khối đơn vị theo các phương Ox

Fy : Thành phần lực khối đơn vị theo các phương Oy

Fz : Thành phần lực khối đơn vị theo các phương Oz

Fr 2 : Số Froude của dòng chảy

h1 : Chiều sâu dòng chảy trước nước nhảy theo phương thẳng đứng

h1’ : Chiều sâu dòng chảy trước nước nhảy theo phương vuông góc với lòng dẫn

hx : Chiều sâu dòng chảy cuối khu xoáy theo phương thẳng đứng

hx’ : Chiều sâu dòng chảy cuối khu xoáy phương vuông góc với lòng dẫn

h2 : Chiều sâu dòng chảy cuối nước nhảy theo phương thẳng đứng

h2’ : Chiều sâu dòng chảy cuối nước nhảy theo phương vuông góc với lòng dẫn

hc : Chiều sâu trọng tâm mặt cắt theo phương đứng

h’ : Chiều sâu dòng chảy tại vị trí bất kỳ theo phương vuông góc với lòng dẫn

h : Chiều sâu dòng chảy tại vị trí bất kỳ theo phương đứng

hk : Chiều sâu dòng chảy phân giới

hnt : Chiều sâu dòng chảy tại vị trí thay đổi độ dốc

i : Độ dốc của lòng dẫn

lx : Chiều dài khu xoáy

l2 : Chiều dài nước nhảy

lo : Chiều dài nước nhảy trong lòng dẫn lăng trụ, đáy bằng

lxd : Chiều dài khu xoáy của nước nhảy trên đoạn kênh dốc trong lòng dẫn thay đổi độ

Luận văn đầy đủ ở file: Luận văn full