Bài viết Kết quả nghiên cứu hệ số động năng Coriolis (Hệ số Coriolis) trong máng kính giới thiệu đến các bạn thí nghiệm mô hình thủy lực đòi hỏi phải lựa chọn tiêu chuẩn tương tự, tỷ lệ mô hình. Mô hình dòng chảy đến phía thượng lưu công trình cũng rất quan trọng. Với các bạn chuyên ngành Kiến trúc - Xây dựng thì đây là tài liệu tham khảo hữu ích.
KếT QUả NGHIÊN CứU Hệ Số ĐộNG NĂNG CORIOLIS () TRONG MáNG KíNH Ts Lê văn hùng Bộ môn Thi công, Khoa Công trình- ĐHTL Tóm tắt: Thí nghiệm mô hình thủy lực đòi hỏi phải lựa chọn tiêu chuẩn tương tự, tỷ lệ mô hình Mô hình dòng chảy đến phía thượng lưu công trình quan trọng Những kết thí nghiệm sau minh chứng ý nghĩa quan trọng Các vấn đề lý thuyết hệ số động (hệ số Coriolis) 1.1 Phương trình Becnuii dòng ổn định Phương trình Becnuii biểu thị qui luật bảo toàn lượng dòng chảy a) Đối với dòng nguyên tố chất lỏng không nhớt; không nén được, phương trình có d¹ng: p u2 z H const 2g b) Đối với dòng có mặt cắt ngang có kích thước hữu hạn (chất lỏng thực) z1 p1 1v12 2g z2 p2 2v22 2g hw 1-2 hc E1 = E2 + hw1-2 v1 v2 lưu tốc trung bình mặt cắt 1-1 2-2 - hệ số động (hệ số Coriolis) tức hệ số hiệu chỉnh lúc tính đến động đơn vị theo lưu tốc trung bình V cho tiÕt diƯn; thêng lÊy 1 = 2 = Ph¬ng trình Becnuii cho dòng chảy dùng điều kiện chuyển động thay đổi dần, lực thành phần chiếu lưu tốc gia tốc lên mặt phẳng trực giao với hướng chảy bỏ qua Trị số hệ số phụ thuộc vào phân bố lưu tốc địa phương tiết diện xác định theo công thức: u d u d H×nh 1 §èi víi chÊt láng thùc, ta có phương trình v v cho mặt cắt 1-1; 2-2 3-3: thông thường ®iỊu kiƯn lßng dÉn p1 u12 p2 u22 z1 z2 hw z3 hw Hhở cvà đường ống, cã thĨ bá qua sè h¹ng thø ba, 2g 2g 2g ta có công thức sau: p u u d z2 hw z hw H c onst 1 1, 2g 2g v đó, thành phần có thứ nguyên u = u - v chiều dài u - lưu tốc điểm M tiết diện z - độ cao vị trí điểm ta xét; (lưu tốc địa phương); p - độ cao đo áp hay cột nước đo áp; Q - lưu tốc trung bình mặt cắt v z z3 z2 z1 p2 p p u2 2g u2 2g u2 2g hw 1-3 hw 1-2 1 1-2 1-2 x 1-3 1-3 u2 2g ®é cao lu tèc hay cét níc lu tèc; hw - cét níc tỉn thÊt y B C B' 20 1,53 40 1,13 80 1,03 Đối với đường ống tròn, lu tèc ph©n bè theo qui luËt parabol u a( r02 r ) , vÝ dô víi v u O H×nh NÕu lu tèc tất điểm mặt cắt ướt lưu tốc trung bình (u = v) hệ số = Nếu chuyển động song phẳng lưu tốc phân bố theo đường thẳng OB OB (hình 2) hệ số = NÕu lu tèc ph©n bè theo parabol øng víi phương trình u = kyn hệ số xác định theo công thức: u d n2 1 1 v 2n xác hơn: n2 n n 1 1 1 3n 3n lóc n < th× < 2; lóc n > th× > Theo tài liệu V.N.Evreinôp lấy gần ®óng: 210 =1+ C Trong ®ã C lµ hệ số Sêdi công thức v C R i dòng chảy tầng hệ số = Theo A.Đ.Antsun hệ số xác định công thức: 2, 65 hệ số sức cản dọc đường; l v2 ; Trong thực tế với dòng chảy rối, hw d 2g thêng ngêi ta lÊy = 1,1 ; trêng hỵp v2 lóc nhá so víi hw , tính 2g toán xác hơn, cã thĨ lÊy: = 1,0 ThÝ nghiƯm x¸c định hệ số Coriolis () máng kính phòng thí nghiệm Mục đích thí nghiệm xác định phân bố lưu tốc trị số Qua đánh giá mức độ quan trọng việc làm êm dòng chảy bảo đảm phù hợp với thực tế dòng chảy đến thượng lưu công trình thí nghiệm mô hình thủy lực Thí nghiệm thực máng kính có mặt cắt chữ nhật với bề rộng đáy B=62cm, máng dài 20m Đập tràn đỉnh rộng ngưỡng chữ nhật đặt cách mặt cắt đầu máng kính 10m Vị trí mặt cắt đo phân bố lưu tốc cách ngưỡng tràn 4m phía thượng lưu, nơi mực nước không đổi (nằm ngang) 4m 10m H×nh Sơ đồ thủy lực thí nghiệm máng kính 60 1,06 1- Các ống nhựa làm êm dòng chảy vào máng; 2- Vị trí mặt cắt ướt đo lưu tốc; 3Ngưỡng tràn máng; 4- Các lỗ làm êm dẫn nước vào khoang trước máng; 5- Tràn thành mỏng cửa tam giác đo lưu lượng Nếu mặt cắt ướt xây dựng đường đẳng tốc gần ta xác định hệ số Coriolis () sau: n i F v i i F v3 đó: vi lưu tốc trung bình diện tích ướt Fi giới hạn hai đường đẳng tốc; F diện tích mặt cắt ướt; v lưu tốc trung bình mặt cắt Trình tự tiến hành thí nghiệm sau: Đo lưu tốc mặt cắt số (xem hình 3) Dùng lưu tốc kế đo lưu tốc điểm từ đến phân bố theo chiều sâu dòng chảy vị trí từ I đến V phân bố theo chiều ngang mặt cắt (xem hình 4) II III 2.5cm I IV thêng sư dơng, sÏ dÉn ®Õn sai khác đáng kể, thí nghiệm mô hình thủy lực có tỷ lệ mô hình nhỏ Trong thực tế thí nghiệm mô hình, biện pháp mô tả xác hướng dòng chảy tới gần công trình kết thu có sai khác lớn Ví dụ máng kính, ta thiếu hệ thống ống để nắn thẳng ống dòng trước vào máng xuất dòng ngoằn ngoèo, chủ lưu thay đổi liên tục Hay ví dụ dòng chảy từ thượng lưu công trình mô hình bị đổi dòng chủ tùy tiện hay chảy vòng xoáy kết thí nghiệm mô hình thiếu độ tin cậy 40 30 20 V 10 0 10 20 30 40 50 60 1) Q=9.16 (l/s); H=40.91 (cm); V=3.61 (cm/s) 3.37cm 50 20cm 62cm 40 Hình Phân bố vị trí điểm đo lưu tốc 30 Kết thí nghiệm thể hình bảng cho ta nhận xét: Khi dòng chảy phân bố đối xứng, dòng chủ qua tim mặt cắt ướt trị số nhỏ Khi dòng chủ lệch phía trị số tăng mạnh Khi lưu lượng lớn (tỷ số H/B>1) ảnh hưởng thành bên rõ rệt Phân bố lưu tốc không đều, chủ lưu thay ®ỉi dÉn ®Õn viƯc lÊy trÞ sè =1.001.10, nh chóng ta vÉn 20 10 0 10 20 30 40 50 60 2) Q=90.62 (l/s); H=57.42 (cm); V=25.45 (cm/s) 60 60 50 50 40 40 30 30 20 20 10 10 0 10 20 30 40 50 60 3) Q=120.32 (l/s); H=61.56 (cm); V=31.52 (cm/s) 10 20 30 40 50 60 4) Q=153.83(l/s); H=65.67 (cm); V=37.78 (cm/s) Hình Kết xác định phân bố lưu tốc với trị số lưu lượng khác Bảng Kết xác định ứng với trị số lưu lượng khác Q= F= V(cm/s) 4.484 4.400 4.200 4.100 3.800 3.400 3.000 2.700 0.000 9.16 (l/s) H= 2536.42 (cm2) V= F(cm2) F(cm2) Vi (cm/s) 0.0 492.6 4.442 492.6 323.7 4.300 816.3 385.7 4.150 1202.0 526.0 3.950 1728.0 217.0 3.600 1945.0 107.0 3.200 2052.0 62.0 2.850 2114.0 422.4 1.350 2536.4 40.91 (cm) 3.61 (cm/s) F*Vi3 F*Vi 43174.8 2188.1 25736.4 1391.9 27567.3 1600.7 32417.3 2077.7 10124.4 781.2 3506.2 342.4 1435.2 176.7 1039.3 570.2 145000.8 Q= F= V(cm/s) 36.710 36.000 33.000 30.000 28.000 26.000 25.000 23.000 22.000 21.000 18.000 17.000 0.000 90.62 (l/s) H= 3560.04 (cm2) V= F(cm2) F(cm2) Vi (cm/s) 0.0 45.8 36.4 45.8 135.9 34.5 181.6 421.7 31.5 603.3 352.9 29.0 956.2 580.1 27.0 1536.3 279.2 25.5 1815.5 655.5 24.0 2471.0 217.0 22.5 2688.0 99.9 21.5 2787.9 183.0 19.5 2970.9 47.0 17.5 3017.9 542.1 8.5 3560.0 57.42 (cm) 25.45 (cm/s) F*Vi3 F*Vi 2198763.2 1663.6 5579725.4 4687.9 13179352.3 13282.3 8606878.1 10234.1 11418108.3 15662.7 4629519.9 7119.6 9061632.0 15732.0 2471765.6 4882.5 992843.7 2147.9 1356922.1 3568.5 251890.6 822.5 332917.2 4607.9 60080318.3 Q= F= V(cm/s) 47.220 120.32 (l/s) H= 3816.72 (cm2) V= F(cm2) F(cm2) Vi (cm/s) 0.0 206.7 44.6 9128.9 84411.4 61.56 (cm) 31.52 (cm/s) F*Vi3 F*Vi 18350045.5 9220.9 =(F*Vi3)/FV3 1.214 =(F*Vi3)/FV3 1.023 =(F*Vi3)/FV3 42.000 40.000 38.000 36.000 32.000 30.000 27.000 25.000 22.000 21.000 20.000 0.000 Q= F= V(cm/s) 62.980 62.000 55.000 50.000 45.000 40.000 35.000 32.000 30.000 28.000 26.000 22.000 21.000 0.000 206.7 399.6 646.4 849.0 1512.5 2063.0 2749.0 3020.4 3190.7 3234.5 3274.0 3805.0 192.9 246.8 202.6 663.5 550.5 686.0 271.4 170.3 43.8 39.5 531.0 41.0 39.0 37.0 34.0 31.0 28.5 26.0 23.5 21.5 20.5 10.0 153.83 (l/s) H= 4071.54 (cm2) V= F(cm2) F(cm2) Vi (cm/s) 0.0 50.8 62.490 50.8 173.2 58.500 224.0 292.5 52.500 516.5 493.4 47.500 1009.9 597.5 42.500 1607.4 567.6 37.500 2175.0 654.6 33.500 2829.6 228.8 31.000 3058.4 195.8 29.000 3254.2 136.8 27.000 3391.0 153.4 24.000 3544.4 33.4 21.500 3577.8 459.2 10.500 4037.0 13294860.9 14639929.2 10262297.8 26078204.0 16399945.5 15880299.8 4770126.4 2210132.1 435300.8 340297.4 531000.0 7908.9 9625.2 7496.2 22559.0 17065.5 19551.0 7056.4 4002.0 941.7 809.8 5310.0 123192439.5 111546.6 65.67 (cm) 37.78 (cm/s) F*Vi3 F*Vi 12396391.6 3174.5 34674921.5 10132.2 42325664.1 15356.3 52878603.1 23436.5 45867460.9 25393.8 29932031.3 21285.0 24609932.5 21929.1 6816180.8 7092.8 4775366.2 5678.2 2692634.4 3693.6 2120601.6 3681.6 331941.7 718.1 531581.4 4821.6 259953311.0 146393.2 1.030 =(F*Vi3)/FV3 1.184 TµI LIƯU THAM KHảO [1] Trường Đại học Thuỷ Lợi 1998, Giáo trình Thuỷ Lực tập 1, 2, NXB Đại học trung học chuyên nghiệp, Hà Nội [2] Nguyễn Văn Cung, Sổ tay kỹ thuật thủy lợi tập 1, NXB Nông nghiệp, Hà Nội 1979 [3] P.G KIXÊLEP, Bản dịch Lưu Công Đào Nguyễn Tài, Sổ tay tính toán thủy lực, NXB Nông nghiệp Hà Nội & NXB MIR Maxcơva 1984 [4] Trần Quốc Thưởng, Thí nghiệm mô hình thủy lực công trình, NXB Xây dựng, Hà Nội 2005 Abstract: THE RESULTS OF THE CORIOLIS COEFFICIENT () EXPERIMENT ON TESTING FLUME Dr Eng Le Van Hung, Water Resources University The hydraulic model experiments require choosing the similarity standards, proportion of the model … The model of the upstream flow to the construction is also very important Following results of the experiment will be partly proof of this importance Ngêi phản biện: PGS.TS Phạm Văn Quốc ... lấy gần đúng: 210 =1+ C Trong C hệ số Sêdi công thức v C R i dòng chảy tầng hệ số = Theo A.Đ.Antsun hệ số xác định công thức: 2, 65 hệ số sức cản dọc đường; l v2 ; Trong thực tế với dòng... lực thí nghiệm máng kính 60 1,06 1- Các ống nhựa làm êm dòng chảy vào máng; 2- Vị trí mặt cắt ướt đo lưu tốc; 3Ngưỡng tràn máng; 4- Các lỗ làm êm dẫn nước vào khoang trước máng; 5- Tràn thành mỏng... chảy rối, hw d 2g thường ngêi ta lÊy = 1,1 ; trêng hỵp v2 lúc nhỏ so với hw , tính 2g toán xác hơn, lấy: = 1,0 Thí nghiệm xác định hệ số Coriolis () máng kính phòng thí nghiệm Mục đích thí