Tính toán thủy lực đường tràn kiểu dốc nước

Tính toán thủy lực đường tràn kiểu dốc nước từ trước tới nay vẫn theo phương pháp của dòng ổn định. Bài viết Tính toán thủy lực đường tràn kiểu dốc nước trình bày về sự thay đổi của các đặc trưng thủy lực trên đường tràn được mô tả theo phương pháp đường đặc trưng của dòng không ổn định một chiều chảy xiết. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm bắt nội dung chi tiết.

TíNH TOáN THY LC NG TRàN KIU DC NC Lê Thu Mai Lê Xuân Long Nguyễn Xuân Cường ại học Thủy Lợi ại học Thái Nguyên Công ty Tư vấn điện I Tóm tắt: Tính toán thy lc ng trn kiểu dốc nước từ trước tới theo phương pháp ca dòng n nh Trong ti ny, s thay i ca c trng thy lc ng trn c mô t theo phng pháp ng c trng ca dòng không n nh mt chiu chy xit Chng trình tính (c vit bng ngôn ng lp trình Visual C++) đ· ứng dụng để tÝnh c¸c đặc trưng thủy lực trªn đường tràn kiểu dốc nước hồ chứa Đầm Bài (Hồ B×nh) cho kết tt 1- t Công trình trn kiu dc nc hin ang c s dng rng rãi h thng công trình thy li nc ta, c biệt c¸c đường tràn th¸o lũ c¸c hồ chứa nước vừa nhỏ Chế độ thủy lực trªn c¸c dốc nước đường tràn phức tạp Sự thay đổi liªn tục mực nước lưu lượng h cha trình iu tit h, s dao động mức nước hạ lưu đường tràn dßng chy sông h lu bin i lm cho dòng chy dc luôn ch không ổn định Mặt kh¸c, dốc nước đường tràn có dc ln nên ngoi chuyn ng không n nh ch thy v trình iu tit h cha gây ra, dc nc cũn sinh hiÖn tượng sãng lăn Hiện tượng làm tăng khả ổn định dßng chảy làm thay đổi lưu lượng mực nước trªn dốc Kết là, tải trọng t¸c động vào đ¸y dốc nước thay đổi liªn tục, đồng thời chế độ tiªu ch©n đập tràn thay đổi ảnh hưởng đến s n nh ca công trình thy công Trong tính to¸n thủy lực dốc nước từ trước đến coi dòng chy dc nc l n nh iu làm kết tÝnh to¸n bị sai số ln v không phn ánh c hin tng thy lc có dc nc Trong bi báo ny, t¸c giả cố gắng giải to¸n thủy lực dc nc bng phng pháp dòng chy không n nh ây l bi toán rt quen thuc thy lực hoc [1,2,3] C¸c t¸c giả ứng dụng to¸n thy lc dòng không n nh vo tính toán thy lc dòng chy dc nc ca công trình trn nc có th mô phng c dòng chy nh thế, c¸c t¸c giả ứng dụng phương ph¸p đường đặc trưng cho lưới tÝnh to¸n cã mặt cắt cố định [2] 2- H phng trình tính toán H phng trình Saint Venant vit cho dòng chy mt chiu c mô tả tổng qu¸t [1, 2, 3] Với hệ nghiệm Q = Q(s, t) h = h(s, t), Q, h lưu lượng độ s©u thay đổi theo chiều dài s thời gian t viết lại sau: h  Q  s  B t     o  Q   o Q B  h   Q  Q     Q B   h  A  i  j  g   t g t g s  g  s C¸c ký hiệu đ· biết thủy lực Q  Đại lượng A  g3 s h const 22 (1) đặc trưng cho tính không lng tr ca kênh dn Gii h phng trình (1) có nhiu phng pháp khác Trong bi tốn này, phương ph¸p đường đặc trưng sử dụng tìm nghim ca h (1) ây l phng pháp m« tả tượng truyền sóng có hiệu mô phng ỳng theo bn cht vt lý ca tượng Hệ phương tr×nh đặc trưng hệ (1) viết dạng sai ph©n sau: - Hệ phương tr×nh đặc trưng thuận: s   vc  t (2)  Q h  B(v  c)  g   t t - Hệ phương tr×nh đặc trưng nghịch: s   vc  t  Q h  B(v  c)  g  t t (3) xuất ph¸t từ mặt cắt có th không trùng vi mt ct ã chia trc VÝ dơ, mặt phẳng (Δ, t) cần tÝnh c¸c đặc trưng thủy lực Q (s, t) (h, t) nút M (3i, j) sau thời đoạn Δt Sãng thun v sóng nghch on dc nc dài s cã thể xuất ph¸t từ điểm A (3i- 2, j-1) B (3i- 1, j-1) trªn đoạn NP cã tọa độ N [3(i1), j-1] P (3i, j-1) Do ú cần b sung phng trình tính ta c¸c nót lưới A, B Tọa độ nót lưới A, B c¸c đặc trưng thủy lực tìm c bng cách ni suy tuyn tính t hai nót N P [2] Như vậy, hệ phương tr×nh tÝnh to¸n gồm biểu thức sau: sA = sM - 1 t (4) sB = sM - 4 t (5) (Q  Q N )(s P  s A ) (6) QA  QP  P sP  s N g B Trong thực tế tÝnh to¸n thủy lực thường biết trước vị trÝ c¸c mặt cắt cần tÝnh chọn trước thời đoạn tÝnh to¸n Δt Nhng sóng không phi lúc no cng n mặt cắt cần tÝnh thời đoạn Δt đ· chän hay xuất ph¸t từ c¸c mặt cắt cố định đ· chia trªn kªnh dẫn mà lại Với   i  j  A ; c QB  QP  (QP  Q N )(s P  s B ) sP  s N (7) hA  hP  (h P  h N )(s P  s A ) sP  sN (8) hB  hP  (h P  h N )(s P  s B ) sP  s N (9) QM  Q A  gt1 1  B1 (h M  h A ) hM    Q A  QB  gt 1 1  2 2  B2 3 h B  B1 h A B3 (3   ) (10) (11) Trong ®ã:   1  v  c MA   3  v  c MB ; ;     v  c MA;     v  c MB; 1  BM  BA  ; B2   BM  BB  ; B3   BA  BB  2 1 J1   J M  J A  ; J   J M  J B  2 B1  Hệ phương tr×nh (4)  (11) dïng để tÝnh đặc trưng thủy lực cần tìm vi i lng , B, J, phi tÝnh gần đóng dần Biết c¸c đặc trưng thủy lực ti mt ct thi im j- 1, tìm c¸c đặc trưng thủy lực thời điểm j tất c¸c mặt cắt 3- Chng trình tính v ng dng Thut toán ây c thc hin bng ngôn ng Visual C++ Các chng trình tính toán nh hình 23 TNH THỦY LỰC ĐƯỜNG TRÀN KIỂU DỐC NƯỚC SỐ LIỆU ĐẦU VÀO Nhập số liệu đặc trưng dốc nước Nhập file s liu lu lng, mc nc trình iu tiết TÝnh to¸n thủy lực đường tràn kiểu dốc nước File kết lưu lượng, mực nước, vận tốc mặt cắt theo thời điểm Vẽ đường mặt nước thời điểm, qúa trình lưu lượng, mực nước, vận tốc thay đổi theo thời gian Nhập số liệu đặc trưng mặt cắt kênh dẫn để tính tiêu Tính tiêu sau dốc nước Chiều cao tường v chiu di b tiêu nng Chiu sâu b v chiu di b tiêu nng Hình 1- Sơ đồ khối chương trình S dng chng trình có th thu c c¸c kết quả: - TÝnh c¸c đặc trưng lưu lượng Q, độ s©u h lưu tốc v tt c mt ct ã chn dc nc thời điểm t - Vẽ c¸c đường qu¸ trình thay i lu lng, sâu, lu tc v theo thi gian v theo chiu dòng chy dc nc - T c trng thy lc chân dc, tính toán kích thc thit b tiêu nng (bể tường) 24 Chương tr×nh sử dụng để tÝnh to¸n đường tràn kiểu dốc nước hồ chứa Đầm Bài (Hßa Bình) Dốc nước đường tràn cã mặt cắt chữ nhật chiều rộng b = 20m, chiều dµi l = 270m, độ dốc i = 0,06 Đường trn lm bng bêtông có nhám n = 0,017 Thời đoạn tÝnh to¸n t = 1s, sau 15’ th× kết tÝnh in Dốc nước chia làm đoạn, s = 30m Biªn trªn trình iu tit h cha 21h v trình sâu h ti u dc Các iu kin biªn tÝnh riªng nhập vào file liu ca chng trình tính Các kt qu tính toỏn lấy từ b¶ng biểu đồ thị VÝ d, ng trình lu lng, sâu, tc mặt cắt đầu dốc nước (mặt cắt số 0) c biu din hình Hình Quá trình mc nc thay i theo thi gian mặt c¾t Đường bao mặt nước lớn dọc theo dc nc c biu din hình H (m) QUAN Hệ H-L 2.5 1.5 Dòng không ổn định Dòng ổn định 0.5 L (m) 0 50 100 150 200 250 300 H×nh – Đường bao sâu ln nht Trên hình có v thêm đường mặt nước dßng chảy ỉn định với Qmax = 166m3/s Kết tÝnh to¸n cho thấy: - Trong thời điểm, lu lng v sâu dòng chy dc theo dc nc thay i liên tc v có thời điểm có giá trị ln hn lu lng, sâu dòng chy tính theo dòng n định Trong 21 điều tiết hồ chứa, lưu lượng lớn đầu dốc 166m3/s, ch©n dốc lưu lượng 189m3/s Với độ s©u lớn u dc l 1,92m sâu cui dc tính theo dòng không n nh l 0,84m, tính theo dòng n nh sâu ny l 0,75m - Kích thc b tiêu nng chân dốc nước lớn điều kiện tÝnh to¸n theo dòng chy n nh Cho rng, dòng chy kênh hạ lưu đường tràn làm việc chế độ chảy đều, tiến hành tÝnh to¸n với lưu lượng đầu dốc nc l 166m3/s sâu b tiêu nng tính vi dòng chy không n nh dc nc ln độ sâu bể tính theo dòng chảy ổn định l 20% v chiu di b tính với dòng chảy không ổn định dốc nước lớn kết tính chiều dài bể coi dòng chy dc 25 nc l dòng n nh 9,67% - Lu tc trung bình ln nht chân dốc nước 11,73m/s thứ 21 điều tiết hồ Trong điều kiện tÝnh to¸n theo chế độ chảy ổn định th× lưu tốc trung b×nh lớn 11,1m/s.Nh­ vËy, kÕt qu¶ l­u tèc trung bình chân dốc nước tính theo phương pháp dòng không ổn định lớn kết tính theo phương pháp dòng ổn định 5,68% 4- Kt lun TÝnh thủy lực đường tràn kiểu dốc nước phương pháp ca dòng không n nh thay i dn cho kết gần đóng với thực tế so vi tính theo dòng chy ổn nh Chng trình tính toán bng ngôn ng lp trình Visual C++ theo thut toán ng c trng ã mô phng c hin tng truyn sóng xit dc nc Chng trình ny cng dïng cho đường tràn kiểu mũi phun dòng xit khác nhng on kênh dn cú nhiu dc khác Chng tính cn c m rng thêm có th tính c c trưng thủy lực đoạn kªnh sau đường tràn ch ni tip gia chân dc v kênh h lu tng thêm mc xác ca kt qu tính Các tác gi xin chân thnh cm n hướng dẫn nhiệt t×nh GS.TS Hồng Tư An sut trình nghiên cu! Ti liệu tham khảo: [1], Nguyễn Cảnh Cầm người khác , Thủy lực, Nhà xuất ĐH & THCN [2], Nguyễn Cảnh Cầm, Thủy lực dòng chảy hở, Nhà xuất Nông Nghiệp,1998 [3], Bộ môn Thủy công, giáo trình Thủy công, Nhà xuất Nông Nghiệp,1989 Summary Calculation of the hydraulic characteristics of chute spillway Up to now,vsteady non uniform flow method is used to calculate hydraulic characteristics of chute spillway On this theme, the changing of hydraulic characteristics on spillway is calculated by the characteristic graph method, a method used for unsteady and one – dimensional high velocity flow This program designed with the using of Visual C++ is used to calculate hydraulic characteristics of chute spillway in Dam Bai water reservoir (in Hoa Binh province) and its results are very good Ng­êi ph¶n biƯn: PGS.TS Nguyễn Chiến 26 ... NG TRN KIỂU DỐC NƯỚC SỐ LIỆU ĐẦU VÀO Nhập số liệu đặc trưng dốc nước Nhập file số liệu lưu lượng, mc nc trình iu tit Tính toán thy lực đường tràn kiểu dốc nước File kết lưu lượng, mực nước, vận... c trng thy lc chân dc, tính toán kích thc thit b tiêu nng (b hoc tng) 24 Chng trình c s dng tính toán ng trn kiểu dốc nước hồ chứa Đầm Bài (Hßa Bình) Dốc nước đường tràn cã mặt cắt chữ nhật... trưng thủy lực c¸c mặt cắt thi im j- 1, tìm c ln lt đặc trưng thủy lực thời điểm j tt c mt ct 3- Chng trình tính v ng dng Thut toán ây c thc hin bng ngôn ng Visual C++ Các chng trình tính toán