Bài giảng thủy lực thủy văn utc

TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ MÔN THỦY LỰC THỦY VĂN BÀI GIẢNG THỦY LỰC THỦY VĂN 2020 MỤC LỤC MỤC LỤC MỤC LỤC 10 CHƢƠNG MỞ ĐẦU .16 1.1 Giới thiệu chung môn học 16 1.2 Một số tính chất vật lý chất lỏng 16 1.2.1 Tính chảy 16 1.2.2 Tính liên tục .16 1.2.3 Tính có khối lƣợng 16 1.2.4 Tính có trọng lƣợng 17 1.2.5 Tính nhớt chất lỏng 17 1.3 Các loại lực 19 1.3.1 Lực khối 19 1.3.2 Lực mặt 19 1.4 Mơ hình chất lỏng lý tƣởng chất lỏng thực 19 CHƢƠNG 2.1 Áp suất áp lực thủy tĩnh, tính chất áp suất thủy tĩnh 20 2.1.1 2.2 THỦY TĨNH HỌC 20 Áp suất áp lực thủy tĩnh 20 Phƣơng trình vi phân cân Ơle - Điều kiện cân .20 2.2.1 Thiết lập phƣơng trình 20 2.2.2 Điều kiện cân 20 2.2.3 Mặt đẳng áp mặt đẳng 21 2.3 Phƣơng trình thủy tĩnh 21 2.3.1 Phƣơng trình thuỷ tĩnh dạng 21 2.3.2 Phƣơng trình dạng (hệ dạng 1) 22 2.3.3 Phân loại áp suất .22 2.4 Biểu đồ áp suất-Đồ áp lực .23 2.5 Áp lực chất lỏng lên thành phẳng 23 2.5.1 Xác định độ lớn áp lực .24 2.5.2 Xác định điểm đặt áp lực 25 2.5.3 2.6 Bài tập áp dụng .26 Áp lực chất lỏng lên thành cong 28 2.6.1 Xác định trị số 28 2.6.2 Đƣờng tác dụng áp lực tổng P 30 2.6.3 Bài tập áp dụng .30 CHƢƠNG 3.1 CƠ SỞ ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT LỎNG VÀ CÁC PHƢƠNG TRÌNH 31 Khái niệm 31 3.1.1 Các toán động lực học chất lỏng 31 3.1.2 Chuyển động ổn định không ổn định 31 3.1.3 Các phƣơng pháp nghiên cứu chuyển động chất lỏng .32 3.1.4 Quỹ đạo chuyển động phần tử chất lỏng, đƣờng dòng 32 3.1.5 Mặt cắt ƣớt, chu vi ƣớt, bán kính thủy lực 33 3.1.6 Lƣu lƣợng lƣu tốc trung bình 34 3.1.7 Dịng chảy có áp, khơng áp, tia dịng .34 3.1.8 Dòng chảy không 35 3.1.9 Đƣờng xốy, ống xốy, phƣơng trình vi phân đƣờng xoáy 35 3.2 Phƣơng trình liên tục .35 3.2.1 Phƣơng trình vi phân liên tục chuyển động chất lỏng không nén đƣợc 35 3.2.2 Phƣơng trình liên tục dịng ngun tố dòng chảy ổn định 36 3.3 Phƣơng trình vi phân chuyển động cho chất lỏng lý tƣởng 37 3.4 Phƣơng trình BERNOULLI 39 3.4.1 Cho dòng nguyên tố 39 3.4.2 Ý nghĩa phƣơng trình BERNOULLI .40 3.4.3 Cho tồn dịng chảy thực chảy ổn định 42 3.4.4 Thiết lập phƣơng trình 43 3.5 Phƣơng trình biến thiên động lƣợng tồn dịng chảy ổn định 46 CHƢƠNG SỨC CẢN THUỶ LỰC - TỔN THẤT CỘT CHẤT LỎNG 55 4.1 Những dạng tổn thất 55 4.2 Hai chế độ chảy, thí nghiệm reynolds .55 4.2.1 Thí nghiệm Reynolds .55 4.2.2 Tiêu chuẩn phân biệt hai chế độ chảy - Tiêu chuẩn Reynolds Re 57 4.3 Phƣơng trình dòng chảy 57 4.4 Chế độ chảy tầng ống .59 4.4.1 Phân bố ứng suất tiếp .59 4.4.2 Phân bố lƣu tốc .59 4.4.3 Lƣu lƣợng lƣu tốc trung bình 60 4.4.4 Tổn thất dọc đƣờng 61 4.4.5 Hệ số  ống chảy tầng 61 4.4.6 Dòng chảy tầng chuyển động xoáy 61 4.5 Dòng chảy rối ống trụ tròn 62 4.5.1 Nguồn gốc rối 62 4.5.2 Lƣu tốc thực, lƣu tốc trung bình thời gian, lƣu tốc mạch động .62 4.5.3 Lớp mỏng chảy tầng, thành trơn thành nhám thủy lực .64 4.5.4 Phân bố lƣu tốc dòng chảy rối 65 4.5.5 Thí nghiệm Nicuratsơ quy luật biến thiên  dịng chảy rối 66 4.5.6 Cơng thức xác định hệ số ma sát 69 4.5.7 Phƣơng trình Sêdi 71 4.5.8 Những công thức kinh nghiệm xác định hệ số Sêdi - C 71 4.6 Tổn thất cục 72 4.6.1 Khái niệm 72 4.6.2 Tổn thất cột nƣớc cục ống đột ngột mở rộng, công thức Bcđa-Cácnơ 72 4.6.3 Co hẹp đột ngột 73 4.7 Dòng chảy qua lỗ 74 4.7.1 Khái niệm phân loại 74 4.7.2 Dòng chảy tự qua lỗ nhỏ thành mỏng, cột áp không đổi 75 4.8 Dịng chảy qua vịi hình trụ gắn ngồi cột áp khơng đổi 75 4.8.1 Tính lƣu lƣợng qua vịi .76 4.8.2 Tính độ cao chân khơng vịi 76 4.8.3 Hiện tƣợng xâm thực vòi 77 4.9 Tính tốn thủy lực đƣờng ống 78 4.9.1 Khái niệm phân loại 78 4.9.2 Tính đƣờng ống dài 79 CHƢƠNG 5.1 DÒNG CHẢY ỔN ĐỊNH TRÊN KÊNH HỞ .90 Dòng chảy 90 5.1.1 Khái niệm dòng chảy .90 5.1.2 Mặt cắt tốt thuỷ lực 91 5.1.3 Phƣơng pháp xác định độ sâu dịng chảy Bài tốn thiết kế mặt cắt 92 5.2 Dịng chảy khơng 94 5.2.1 Khái niệm phân loại 94 5.2.2 N ng lƣợng đơn vị mặt cắt .94 5.2.3 Độ sâu phân giới độ dốc phân giới.số froude số froude tiêu chuẩn phân biệt trạng thái chảy 95 5.2.4 hở Phƣơng trình vi phân dịng chảy ổn định thay đổi chậm kênh 99 5.2.5 Tính vẽ đƣờng mặt nƣớc kênh hở 101 5.2.6 Các toán thƣờng gặp .102 Ôn tập 102 CHƢƠNG 6.1 ĐẬP TRÀN .103 Khái niệm phân loại đập tràn Cơng thức tổng qt tính lƣu lƣợng qua đập tràn 103 6.1.1 Tên gọi ký hiệu .103 6.1.2 Phân loại đập tràn 103 6.1.3 Công thức tổng quát tính lƣu lƣợng qua đập tràn 104 6.2 Tính lƣu lƣợng qua đập tràn mặt cắt thực dụng 105 6.2.1 Hình dạng mặt cắt 105 6.2.2 Cơng thức tính lƣu lƣợng .106 6.2.3 Điều kiện chảy ngập hệ số ngập 106 6.2.4 Ảnh hƣởng co hẹp bên 107 6.2.5 Đập tràn đỉnh rộng chảy không ngập .107 6.2.6 Đập tràn đỉnh rộng chảy ngập 108 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ THỦY VĂN CƠNG TRÌNH .110 7.1 Đối tƣợng nội dung môn thuỷ v n .110 7.1.1 Đối tƣợng nghiên cứu 110 7.1.2 Đặc điểm tƣợng thuỷ v n 110 7.1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 110 7.1.4 Nội dung nghiên cứu 110 7.2 Các yếu tố khí tƣợng, khí hậu thuỷ v n 110 7.2.1 Nhiệt độ khơng khí 110 7.2.2 Độ ẩm khơng khí 110 7.2.3 Bốc (Z) .111 7.2.4 Gió 111 7.2.5 Bão 111 7.2.6 Mƣa 111 7.3 Phƣơng trình cân nƣớc 113 7.3.1 Phƣơng trình cân nƣớc tồn trái đất .113 7.3.2 Phƣơng trình cân nƣớc lƣu vực 113 7.4 Lƣu vực dịng sơng 113 7.4.1 Lƣu vực 113 7.4.2 Q trình hình thành dịng chảy lƣu vực 114 7.5 Mực nƣớc, lƣu tốc lƣu lƣợng 115 7.5.1 Mực nƣớc .115 7.5.2 Lƣu tốc 117 7.5.3 Lƣu lƣợng .118 7.5.4 Điều tra Hmax, vmax, qmax theo phƣơng pháp hình thái 120 7.5.5 Lƣu lƣợng bùn cát thực đo .120 7.5.6 Lƣu hƣớng 121 CHƢƠNG 8.1 PHƢƠNG PHÁP THỐNG KÊ XÁC SUẤT TRONG THUỶ VĂN 123 Xác suất tần suất .123 8.1.1 Khái niệm chung 123 8.1.2 Tần suất xác suất .123 8.2 Hàm mật độ xác suất đƣờng tần suất 123 8.2.1 Biến số ngẫu nhiên 123 8.2.2 Mẫu tổng thể 124 8.2.3 Phân bố xác suất biến ngẫu nhiên 124 8.3 Các tham số thống kê .125 8.3.1 Các trị số biểu thị tính tập trung 125 8.3.2 Các đặc trƣng phân tán 125 8.4 Đƣờng tần suất kinh nghiệm 126 8.4.1 Cơng thức tính tần suất kinh nghiệm 126 8.4.2 Phƣơng pháp vẽ đƣờng tần suất kinh nghiệm 126 8.5 Một số hàm toán học xác suất thuỷ v n .127 8.5.1 Hàm Pearson .128 8.5.2 Hàm Kritsky - Menkel (phƣơng pháp Gamma thông số) 129 8.6 Các phƣơng pháp tính đƣờng tần suất lý thuyết, lý luận 130 8.6.1 Phƣơng pháp mô men .130 8.6.2 Phân phối lôga - Pearson 131 CHƢƠNG ĐỆM 9.1 TÍNH LƢU LƢỢNG ĐỈNH LŨ THIẾT KẾ QMAXP% TỪ MƢA VÀ MẶT 133 Các phƣơng pháp tính tốn .133 9.1.1 Các công thức tính lƣu lƣợng đỉnh lũ thiết kế theo phƣơng pháp gián tiếp từ mƣa dòng chảy 133 9.1.2 Tính lƣu lƣợng đỉnh lũ thiết kế theo phƣơng pháp hình thái đoạn sơng 137 PHẦN THỦY LỰC TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ MÔN THỦY LỰC THỦY VĂN BÀI GIẢNG THỦY LỰC TÍN CHỈ 2020 MỤC LỤC MỤC LỤC .2 MỤC LỤC .10 CHƢƠNG MỞ ĐẦU 16 1.1 Giới thiệu chung môn học 16 1.2 Một số tính chất vật lý chất lỏng 16 1.2.1 Tính chảy 16 1.2.2 Tính liên tục 16 1.2.3 Tính có khối lƣợng 16 1.2.4 Tính có trọng lƣợng 17 1.2.5 Tính nhớt chất lỏng 17 1.3 Các loại lực .19 1.3.1 Lực khối 19 1.3.2 Lực mặt 19 1.4 Mơ hình chất lỏng lý tƣởng chất lỏng thực 19 CHƢƠNG 2.1 Áp suất áp lực thủy tĩnh, tính chất áp suất thủy tĩnh 20 2.1.1 2.2 THỦY TĨNH HỌC .20 Áp suất áp lực thủy tĩnh 20 Phƣơng trình vi phân cân Ơle - Điều kiện cân 20 2.2.1 Thiết lập phƣơng trình .20 2.2.2 Điều kiện cân 20 2.2.3 Mặt đẳng áp mặt đẳng 21 2.3 Phƣơng trình thủy tĩnh 21 2.3.1 Phƣơng trình thuỷ tĩnh dạng .21 2.3.2 Phƣơng trình dạng (hệ dạng 1) 22 2.3.3 Phân loại áp suất 22 2.4 Biểu đồ áp suất-Đồ áp lực 23 2.5 Áp lực chất lỏng lên thành phẳng 23 2.5.1 Xác định độ lớn áp lực 24 2.5.2 Xác định điểm đặt áp lực 25 2.5.3 Bài tập áp dụng 26 2.6 Áp lực chất lỏng lên thành cong .28 10 ... o Cơ sở lý luận thủy lực học vật lý, học lý thuy? ??t, học chất lỏng lý thuy? ??t o Phƣơng pháp nghiên cứu: Kết hợp chặt chẽ phƣơng pháp nghiên cứu lý thuy? ??t với thực nghiệm thực đo o Ứng dụng: Có... Kritsky - Menkel (phƣơng pháp Gamma thông số) 129 8.6 Các phƣơng pháp tính đƣờng tần suất lý thuy? ??t, lý luận 130 8.6.1 Phƣơng pháp mô men .130 8.6.2 Phân phối lôga - Pearson ... Kritsky - Menkel (phƣơng pháp Gamma thông số) 129 8.6 Các phƣơng pháp tính đƣờng tần suất lý thuy? ??t, lý luận 130 8.6.1 Phƣơng pháp mô men .130 8.6.2 Phân phối lôga - Pearson