2 thuyluc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA XÂY DỰNG VÀ ĐIỆN TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN ÔN TẬP VÀ KIỂM TRA MƠN: THỦY LỰC Mục đích Tài liệu nhằm hỗ trợ cho học viên hình thức giáo dục từ xa nắm vững nội dung ôn tập làm kiểm tra hết môn hiệu Tài liệu cần sử dụng với tài liệu học tập môn học giảng giảng viên ôn tập tập trung theo chương trình đào tạo Nội dung hướng dẫn Nội dung tài liệu bao gồm nội dung sau: Phần 1: Các nội dung trọng tâm môn học Bao gồm nội dung trọng tâm môn học xác định dựa mục tiêu học tập, nghĩa kiến thức kỹ cốt lõi mà người học cần có hồn thành mơn học Phần 2: Cách thức ơn tập Mơ tả cách thức để hệ thống hóa kiến thức luyện tập kỹ để đạt nội dung trọng tâm Phần 3: Hướng dẫn làm kiểm tra Mơ tả hình thức kiểm tra đề thi, hướng dẫn cách làm trình bày làm lưu ý sai sót thường gặp, nỗ lực đánh giá cao làm Phần 4: Đề thi mẫu đáp án Cung cấp đề thi mẫu đáp án, có tính chất minh hoạ nhằm giúp học viên hình dung yêu cầu kiểm tra cách thức làm thi -1- PHẦN CÁC NỘI DUNG TRỌNG TÂM Chương 1: Dòng chảy kênh hở - Cơng thức Chezy Mainning - Các yếu tố thủy lực mặt cắt ướt: diện tích ướt, chu vi ướt, bán kính thủy lực tiết diện kênh dẫn hình thang, chữ nhật, hình tròn - Tính tốn dòng đều: xác định lưu lượng, xác định chiều sâu mực nước kênh, thiết kế kênh có lợi thủy lực Chương 2: Dòng chảy ổn định khơng kênh hở - Tỉ dòng chảy, tỉ mặt cắt - Chiều sâu phân giới, độ dốc phân giới, Số Froude, phân biệt trạng thái chảy kênh - Phương trình vi phân dòng chảy ổn định không kênh hở - Các dạng đường mặt nước kênh lăng trụ Chương 3: Nước nhảy - Các dạng mước nhảy - Phương trình nước nhảy hoàn chỉnh kênh lăng trụ - Chiều sâu liên hiệp nước nhảy - Chiều dài nước nhảy, tổn thất lượng nước nhảy Chương 4: Dòng chảy qua cơng trình - Đập tràn - Phương trình tổng quát xác định lưu lượng đập tràn - Đập tràn thành mỏng – đập tràn tiêu chuẩn - Đập tràn mặt cắt thực dụng - Đập tràn đỉnh rộng Chương 5: Nối tiếp tiêu hạ lưu cơng trình - Khái niệm chung Cong trình nối tiếp - Nối tiếp chảy mặt, nối tiếp chảy đáy - Hệ thức tính tốn nối tiếp chảy đáy - Tiêu hạ lưu cơng trình: Bể tiêu năng, tương tiêu -2- PHẦN CÁCH THỨC ƠN TẬP Chương 1: Dòng chảy kênh hở - Khái niệm dòng chảy đều, điều kiện để có dòng kênh hở - Nắm vững công thức Chezy công thức Mainning (Đọc slide 10 giảng) - Xác định diện tích ướt A, chu vi ướt P, bán kính thủy lực R, vận tốc trung bình V mặt cắt kênh chữ nhật, hình thang, hình tròn (Mục 1.4 slide giảng) - Tính tốn dòng đều: +) Bài toán 1: Xác định lưu lượng Q, xác định chiều sâu mực nước kênh (mục 1.6.1 slide giảng) +) Bài toán 2: Thiết kế mặt cắt kênh lợi thủy lực (mục 1.6.2 slide giảng) - Thực hành: học viên xem kỹ tập 1,2,3,4,5, 6,7 slide giảng (đã giải lớp) Chương 2: Dòng chảy ổn định khơng kênh hở - Nắm vững khái niệm tỉ dòng chảy, tỉ mặt cắt - Khái niệm độ sâu phân giới, phương trình xác định độ sâu phân giới Hiểu áp dụng công thức xác định độ sâu phân giới kênh mặt cắt chữ nhật, hình thang, hình tròn (slide giảng, mục 2.2.1; 2.2.2; 2.2.3) - Khái niệm số Froude, độ dốc phân giới, sở phân biệt trạng thái chảy kênh (slide giảng, mục 2.2.4; 2.2.5; 2.2.6) - Phương trình vi phân dòng chảy ổn dịnh khơng đều, sở phân tích định tính dạng đường mặt nước tương ứng với trường hợp khác độ dốc kênh (slide giảng, mục 2.3 2.4); (xem ví dụ IX-5; IX-6; IX-7 sách giáo trình) - Tính tốn định lượng đường mặt nước kênh lăng theo phương pháp cộng trực tiếp (Xem ví dụ IX-8, trang 31) - Thực hành: học viên xem kỹ tập 1,2,3,4,5,6,7 slide giảng; tập IX-1 đến IX-12 Chương 3: Nước nhảy - Khái niệm nước nhảy, nguyên nhân hình thành nước nhảy, ứng dụng nước nhảy thực tế (mục 1, slide giảng) - Phân loại nước nhảy theo tỉ số (h”/h’): nước nhảy hoàn chỉnh, nước nhảy dâng, nước nhảy mặt, nước nhảy sóng, nước nhảy ngập (mục 2, slide giảng) - Phương trình nước nhảy hoàn chỉnh kênh lăng trụ: giả thuyết, sở thiết lập phương trình nước nhảy, hàm số nước nhảy N(h) (mục 3, slide giảng) -3- - Xác định chiều sâu liên hiệp nước nhảy: Công thức gần Rakhmanov cho kênh mặt cắt hình thang (lưu ý điều kiện áp dụng); Cơng thức xác định chiều sâu liên hiệp nước nhảy kênh mặ cắt chữ nhật (mục 4.1, 4.2 slide giảng) - Xác định chiều dài nước nhảy theo công thức kinh nghiệm Tsetouxop, Bakmetev &Matzke ( mục 5.1, slide giảng) - Xác định tổn thất lượng nước nhảy (mục 5.2, slide giảng) - Thực hành: xem kỹ 1, 2, 3, slide giảng); ví dụ X-1, X-2, X3, X-4, X-5 sách giáo trình) Chương 4: Dòng chảy qua cơng trình - Đập tràn - Khái niệm đập tràn , mục đích xây dựng đập tràn, ký hiệu thường dùng tính tốn đập tràn (mục 1, slide giảng) - Phân loại đập tràn theo mặt cắt đập tràn (chiều dày đỉnh đập): đỉnh rộng, mặt cắt thực dụng, đỉnh rộng (mục 1, slide giảng) - Công thức xác định lưu lượng qua đập tràn: Q mb 2gH 3/2 - Đập tràn thành mỏng, yếu tố cần thiết để đập tràn thành mỏng trở thành đập tràn tiêu chuẩn - Đập tràn mặt cắt thực dụng: điều kiện áp dụng, công thức xác định trạng thái chảy (tự do, ngập) qua tràn; Công thức tổng quát để xác định lưu lượng qua đập tràn, xác định yếu tố hệ số ngập n, hệ số ngập , hệ số lưu lượng m; phương pháp gần để tính gần lưu lượng (mục 5, slide giảng) Học viên xem kỹ tập 1, 2, slide giảng) - Thực hành đập tràn mặt cắt thực dụng: Học viên xem kỹ tập 1, 2, slide giảng; ví dụ XI-1,2,3,4,6,7 sách giáo trình - Đập tràn đỉnh rộng: điều kiện áp dụng, công thức xác định trạng thái chảy, công thức xác định lưu lượng qua đập tràn trương hợp chảy không ngập trường hợp chảy ngập (mục 6, slide giảng) - Thực hành đập tràn đỉnh rộng: Học viên xem kỹ ví dụ 1, slide giảng; ví dụ XI-5 sách giáo trình Chương 5: Nối tiếp tiêu hạ lưu cơng trình - Khái niệm chung cơng trình nối tiếp: hình thức nối tiếp chảy đáy, hình thức nối tiếp chảy mặt - Các dạng nối tiếp chảy đáy: nước nhảy phóng xa, nước nhảy ngập (mục 2.1, slide giảng) - Hệ thức tính tốn nối tiếp chảy đáy; Phương pháp Agrotxkin (mục 2.2, slide giảng) Thực hành: ví dụ XII-1 sách giáo trình - Khái niệm chung tính tốn tiêu (mục 4, slide giảng) - Cơng trình bể tiêu năng: phương pháp trình tự tính tốn chiều sâu bể d (mục 5, slide giảng) (Thực hành: tập 1, slide giảng) -4- - Cơng trình tường tiêu năng: phương pháp trình tự tính tốn chiều cao tường C (Thực hành: tập 2, slide giảng) - Thực hành thêm: Ví dụ 3,4 sách giáo trình ƠN TẬP CÂU HỎI LÝ THUYẾT - Câu 1: Trình bày khái niệm phương trình để xác định độ sâu phân giới? Nêu ý nghĩa độ sâu phân giới đến trạng thái chảy? - Câu 2: Dòng chảy gọi dòng chảy ổn định không đều? Nêu nguyên nhân tạo dòng chảy khơng đều? - Câu 3: Dòng chảy gọi dòng chảy ổn định đều? Nêu điều kiện cần thiết để có dòng chảy kênh hở? - Câu 4: Nêu định nghĩa số Froude (Fr), công thức xác định ý nghĩa số Froude trạng thái chảy? - Câu 5: Hãy trình bày khái niệm cơng thức xác định độ dốc phân giới? So sánh độ sâu dòng h0 độ sâu phân giới hcr độ dốc phân giới icr lớn độ dốc đáy kênh i - Câu 6: Mặt cắt lợi thủy lực? Hãy thiết lập công thức xác định tỉ số b/h mặt cắt hình thang lợi thủy lực? - Câu 7: Dòng chảy gọi dòng chảy ổn định đều? Nêu điều kiện cần thiết để có dòng chảy kênh hở? - Câu 8: Hãy trình bày khái niệm mặt cắt kênh lăng trụ, kênh phi lăng trụ? Nêu yếu tố cần thiết để có dòng chảy ổn định kênh hở? - Câu 9: Dòng chảy gọi dòng chảy ổn định khơng đều? Nêu ngun nhân tạo dòng chảy khơng đều? - Câu 10: Dựa vào hình dạng mặt cắt đập, đập tràn phân thành loại nào? Nêu tiêu chuẩn để phân loại loại đập vẽ hình minh họa? - Câu 11: Hãy trình bày dạng nước chảy không ngập qua đập tràn thành mỏng? Nêu yếu tố cần thiết để đập tràn thành mỏng xem đập tràn tiêu chuẩn? - Câu 12: Hãy trình bày khái niệm nguyên nhân tượng nước nhảy? Nêu số ứng dụng nước nhảy thực tiễn? - Câu 13: Trình bày khái niệm phương trình để xác định độ sâu phân giới? Nêu ý nghĩa độ sâu phân giới đến trạng thái chảy? - Câu 14: Dựa vào ảnh hưởng mực nước hạ lưu đối đến lưu lượng tháo qua đập, đập tràn phân thành loại nào? Nêu điều kiện cần thiết để dòng chảy qua đập tràn thành mỏng chảy ngập? - Câu 15: Dựa vào ảnh hưởng mực nước hạ lưu đối đến lưu lượng tháo qua đập, đập tràn phân thành loại nào? Nêu điều kiện cần thiết để dòng chảy qua đập tràn thành mỏng chảy ngập? - Câu 16: Dựa vào hình dạng mặt cắt đập, đập tràn phân thành loại nào? Nêu tiêu chuẩn để phân loại loại đập vẽ hình minh họa? -5- PHẦN HƯỚNG DẪN LÀM BÀI KIỂM TRA - Hình thức kiểm tra: TỰ LUẬN, thời gian 60 phút - Kết cấu đề thi: gồm câu hỏi, nội dung tỉ trọng điểm sau: - Câu 1(2đ): câu hỏi lý thuyết, bao hàm nội dung lý thuyết phân bố tất chương - Câu (3đ): dạng tập tính tốn dòng (chương 1) tính tốn dòng ổn định khơng (chương 2) tính tốn nước nhảy (chương 3) - Câu (5đ): dạng tập kết hợp kiến thức chương -6- PHẦN ĐỀ THI MẪU VÀ ĐÁP ÁN ĐỀ THI SỐ: MÔN: THỦY LỰC LỚP: - HỆ: Thời gian làm bài: 60 phút SV phép tham khảo tài liệu Câu (2đ): Hãy trình bày khái niệm mặt cắt kênh lăng trụ, kênh phi lăng trụ? Nêu yếu tố cần thiết để có dòng chảy ổn định kênh hở? Câu (3đ): Cho kênh hình thang có bề rộng đáy b = 8m; hệ số mái dốc m = 1,5; tải lưu lượng Q = 20 m3/s; độ sâu liên hiệp thứ nước nhảy h’ = 0,35 m a (1,5đ) Xác định độ sâu liên hiệp thứ hai nước nhảy h” b (1,5đ) Xác định chiều dài nước nhảy Ln theo Tsetouxop Câu (5đ): Đập tràn mặt cắt thực dụng cao P=14m; Cột nước tràn H=2,6m; Chiều rộng b=16m; Hệ số lưu lượng m=0,45 Hệ số lưu tốc =0,95 Dòng chảy qua đập tràn không ngập bỏ qua ảnh hưởng tượng co hẹp bên Mực nước hạ lưu hh=3,8m a (2đ) Bỏ qua ảnh hưởng vận tốc đến gần, tính lưu lượng Q chảy qua đập? b (1,5đ) Xác định trạng thái nước nhảy sau đập (nhảy phóng xa, nhảy ngập)? c (1,5đ) Thiết kế phương án tiêu tường tiêu (nếu có): xác định chiều cao tường C Cho biết hệ số lưu lượng qua tường m’=0,40; hệ số an toàn =1,1 Sai số cho phép bước thử gần không vượt 5%; Xem tường tiêu làm việc đập tràn mặt cắt thực dụng dạng đa giác, kiểu khơng có chân khơng Ghi chú: tính tốn lấy α=1; g=9,81m/s2 - HẾT - -7- ĐÁP ÁN ĐỀ THI SỐ: MÔN: THỦY LỰC LỚP: - HỆ: Thời gian làm bài: 60 phút SV phép tham khảo tài liệu Câu (2đ): (*) Khái niệm mặt cắt kênh lăng trụ kênh phi lăng trụ: (1đ) - Kênh lăng trụ: có hình dạng kích thước mặt cắt ướt khơng thay đổi dọc theo dòng chảy - Kênh phi lăng trụ: có hình dạng kích thước mặt cắt ướt thay đổi dọc theo dòng chảy (*) Các yếu tố cần thiết để có dòng chảy ổn định kênh hở: (1đ) - Lưu lượng dọc theo dòng chảy khơng đổi theo thời gian (Q = const) - Hình dạng kích thước mặt cắt ướt không đổi (kênh lăng trụ) - Độc dốc đáy kênh khơng đổi (i = const) - Độ nhám lòng kênh không đổi (n = const) Câu (2đ): a (1,5đ) Xác định độ sâu liên hiệp thứ hai nước nhảy h” (*) Độ sâu phân giới kênh hình thang: (SV sử dụng hai cách sau) Cách 1: Công thức gần xác định độ sâu phân giới kênh hình thang: hcrTH Trong đó: N 0,105 N - hcrCN độ sâu phân giới kênh hình chữ nhật có bề rộng đáy với kênh hình thang, theo cơng thức: hcrCN Khi đó: hcrCN N mhcrCN b hcrCN ; N Q2 gb2 hệ số xác định theo công thức: Q 202 0,86 (m) ; gb2 9,81 82 1,5 0,86 0,16 (m) Vậy độ sâu phân giới kênh hình thang là: -8- N mhcrCN b hcrTH N N 0,105 hcrCN 0,16 0,105 (0,16) 0,86 0,82 (m) Cách 2: Phương trình xác định độ sâu phân giới: Trong đó: Acr Ta có: VP b mh cr h cr B Q g 202 9,81 Acr3 Bcr Q2 g b 2mhcr 40,77 Lập bảng để xác định hcr: Vậy hcr A3 40,77 h A B 0.5 4.38 9.5 8.81 0.60 5.34 9.80 15.54 0.70 6.34 10.10 25.17 0.80 7.36 10.40 38.34 0.816 7.52 10.45 40.77 0.90 8.42 10.70 55.69 B 0,82 (m) (*) Độ sâu liên hiệp thứ nước nhảy: (SV sử dụng hai cách sau) Cách 1: Áp dụng công thức gần A.N.Rakhmanov (điều kiện áp dụng h” < 5hcr) h '' 1,2hcr2 h ' 0,2hcr 1,2 0,822 1,56 (m) 0,35 0,2 0,82 Kiểm tra lại điều kiện: h'' 1,56 (m) 5hcr 0,82 4,1 (m) Vậy chiều sâu liên hiệp thứ nước nhảy: h” = 1,56 (m) Cách 2: Hàm nước nhảy: N (h) Q2 gA yC A Trong đó: - Diện tích mặt cắt ướt: A -9- b mh h ; Thỏa - Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt ướt đến mặt thoáng: yC 3b 2mh h 2b 2mh Lập bảng tính: h yC A N(h) 0.35 0.17 2.98 14.18 0.5 0.24 4.38 10.38 0.7 0.34 6.34 8.57 0.9 0.43 8.42 8.45 1.1 0.52 10.62 9.35 1.3 0.61 12.94 11.01 1.56 0.72 16.15 14.178 1.6 0.74 16.64 14.74 Nhận thấy N(h’) = N(h”) = 14,178 h” = 1,56 m b (1,5đ) Chiều dài nước nhảy Ln theo Tsetouxop: hcr h' Ln 10,3.h ' 0,81 0,82 0,35 10,3 0,35 0,81 7,78 (m) Câu (5đ): a (2đ) Xác định lưu lượng Q chảy qua đập Xét trạng thái ngập n chảy: hng hh P 3,8 14 Bỏ qua ảnh hưởng tượng co hẹp bên Bỏ qua ảnh hưởng vận tốc đến gần Thay số vào ta được: Q 0,45 16 b H b g H 03 / 2 9,81 2,6 32 2,6 (m) m b g H / 133,70 (m3 / s) (1,5đ) Xác định trạng thái nước nhảy sau đập: Chọn E0 lấy H Lưu lượng chảy qua đập tràn: Q m chảy không 10,2m H0 mặt P chuẩn 2,6 14 16,6 Theo Agrôtxkin, đặt; C đáy hạ lưu công trình, m hc ; E0 " C hc" ; sau biến đổi ta được: E0 - 10 - ta có: q E03 / 2g C C Tra PL8, ta được: Từ hc" C " C E0 , nên F C q E03 / 0,0297 ; " C 0,308 suy ra: hc C E 3/ 0,13 0,0297 16,6 0,49 m ; 0,308 16,6 5,11 m Nhận thấy: hc" 5,11 m c 133,70 0,95 16 16,6 hh Nối tiếp dạng nước nhảy phóng xa 3,8 m (1,5đ) Thiết kế phương án tường tiêu Xác định sơ chiều cao tường C: - Cột nước tường tiêu (tính với hệ số ngập qua tường tiêu n=1) : 23 q2 q n m' g H1 g hc" 2/3 133,70 0,4 16 2.9,81 - Chiều cao tường: C 133,70 2 9,81 1,1 16 5,11 hc" 2,70 (m) H1 1,1 5,11 2,70 2,92 (m) Giả thiết lấy C(1) < C Lấy C(1)=2,7m Độ ngập: hn Tỉ số: hn H1 hh 1,1 2,7 C(1) 3,8 2,7 1,1 (m) 0,41 , suy 23 H1 q n m' g n 0,982 q2 g hc" 2/3 133,70 0,982 0,4 16 9,81 Chiều cao tường C(2) C( 2) Sai số cho phép: hc" H1 1,1 5,11 2,73 2,89 (m) 2,89 2,92 100 1,04% 5% 2,89 Vậy chọn chiều cao tường C = 2,90 (m) - 11 - 133,70 2 9,81 1,1 16 5,11 2,73 (m) ... thang, hình tròn (slide giảng, mục 2.2 .1; 2.2 .2; 2.2 .3) - Khái niệm số Froude, độ dốc phân giới, sở phân biệt trạng thái chảy kênh (slide giảng, mục 2.2 .4; 2.2 .5; 2.2 .6) - Phương trình vi phân dòng... tích định tính dạng đường mặt nước tương ứng với trường hợp khác độ dốc kênh (slide giảng, mục 2.3 2.4 ); (xem ví dụ IX-5; IX-6; IX-7 sách giáo trình) - Tính tốn định lượng đường mặt nước kênh lăng... tiếp chảy đáy: nước nhảy phóng xa, nước nhảy ngập (mục 2.1 , slide giảng) - Hệ thức tính tốn nối tiếp chảy đáy; Phương pháp Agrotxkin (mục 2.2 , slide giảng) Thực hành: ví dụ XII-1 sách giáo trình