Bài giảng Công trình thủy nâng cao: Chương 7 - PGS.TS. Nguyễn Thống

Tính gia số áp lực do nước va trong 2 ñoạn ống. PGS.[r]

(1)

10/25/2010

CƠNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch 7: ðườngống áp lực & tượng nước va

TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM

Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – BM KTTNN

PGS TS.NGUYỄN THỐNG

Email: nguyenthong@hcmut.edu.vnor nthong56@yahoo.fr Web: http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong

Tél (08) 38 640 979 - 098 99 66 719 10/25/2010

NỘI DUNG MƠN HỌC Chương 1: Thấm qua cơng trình. Chương 2: Áplực khe rỗng.

Chương 3: ðập vật liệuđịa phương. Chương 3a: Mơ Monte Carlo áp

dụng trongñánh giá ổn ñịnh mái dốc.

Chương 4: ðập bê tông trọng lực Chương 4a: ðập bê tơngđầm lăng (RCC)

PGS Dr Nguy?n Th?ng

10/25/2010

NỘI DUNG MÔN HỌC Chương 4b: Bài toán toảnhiệt 3D.

Chương 5: Phân tíchứng suất trongđập bê tơng xảy rađộngđất. Chương 6: ðường hầm thủy cơng

-Giếngđiều áp.

Chương 7: ðườngống áp lực – Nước va trongñườngống.

PGS Dr Nguy?n Th?ng

10/25/2010

ðƯỜNG ÁP LỰC & HIỆN TƯỢNG NƯỚC VA

1 Tổng quát.

2 Hiện tượng nước va trong

đườngống áp lực.

3 Cơng trình giảm áp lực nước va.

PGS TS Nguyễn Thống

10/25/2010

TỔNG QUÁT

ðường ống áp lực công trình nối giữa cuối đường dẫn nước đến nhà máy

ðường ống chịu áp lực nước bên trong

ñườngống.

- CTLN Kênh dẫn Bể áp lực ðườngốngNha, máy.

- CTLN ðường hầm có ápGiếngđiều áp (tháp điều áp) ðường ống Nha, máy.

10/25/2010

PHÂN LOẠI Theo vịtrí xây dựng:

ðườngống áp lực kiểu hở

ðường ống áp lực kiểu

ngầm

ðường ống áp lực kiểu hổn

hợp (hở +ngầm)

(2)

10/25/2010

D=3,5m, L=9065m

i=0,0061

ðườngống áp lực

NM

10/25/2010

LOAL= 1866m Dống chính= 2,6m Dống nhánh= 1,6m

NHÀ VAN

NHÀ MTð GIẾNG

ðIỀU ÁP

KÊNH XẢ

PGS TS Nguyễn Thống 32

ðƯỜNG ỐNG ÁP LỰC NỬA NGẦM

10/25/2010

ðườngống áp lực

ðập tràn

10/25/2010 10

ðƯỜNG ỐNG ÁP LỰC HỞ

10/25/2010 11

PGS TS Nguyễn Thống THI CÔNG ðƯỜNG ỐNG ÁP LỰC

10/25/2010 12

THUỶ NĂNG & THUỶ ðIỆN Ch 8: ðườngống áp lực & tượng nước va

(3)

10/25/2010

10/25/2010 13

PGS TS Nguyễn Thống THI CÔNG ðƯỜNG ỐNG

ÁP LỰC e=12mm

35mm

10/25/2010 14

PGS TS Nguyễn Thống ðƯỜNG

ỐNG BÊ TÔNG NGẦM BỌC

THÉP

10/25/2010 15

ðường

ống

10/25/2010 16

CHẾ ðỘ THUỶLỰC

KHƠNG ỔN ðỊNH DỊNG CHẢY

QUÁ ðỘ

Xảy ðóng (mở) van trên đường ống vơ;i tơ;c độ

nhanh thay đổi nhanh

chóng vận tốc (lưu lượng) trong ống

10/25/2010 17

GiẢI THÍCH HIỆN TƯỢNG

Trong trường hợp đó mỗi đoạn dịng chảy (vi phân) trong ống chịu sự thay ñổi áp suất vận tốc khác nhau theo từng thời ñiểm hiện tượng truyền sóng áp lực được gọi « NƯƠC VA »

Xem ñồthịminh hoạ ởsau:

10/25/2010 18

PGS TS Nguyễn Thống SỰTRUYỀN SÓNG ÁP LỰC

đóng van

(4)

10/25/2010

10/25/2010 19

CƠNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch 7: ðườngống áp lực & tượng nước va NƯỚC VA TRONG ðƯỜNG ỐNGTUYỆT ðỐI CỨNG

HA

∆HA

Mặt chuẩn

A B

BỂCHỨA

Kênh sau NM

HA: cột áp tỉnh (mH 2O)

∆HA: gia sốáp suất tại A sinh nước va dương

o α o

ðườngống

G

10/25/2010 20

THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH NƯỚC VA

(Ống tuyệt đối cứng, NƯỚC khơng NÉN được)

10/25/2010 21

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch 7: ðườngống áp lực & tượng nước va Phương trình chuyểnđộng theo phương X (lưu ý

chiều dương chọn):

: khối lượng nước ñoạn AB. F: tiết diệnống

: tổng ngoại lực theo phương X (trụcống).

x x

d(mV ) F dt =∑ m=ρFL

x

F ∑

( A A B )

dV

LF gF H H H L sin

dt

ρ ρ α

− = + ∆ − −

(1)

10/25/2010 22

: hình chiếu lên phương X. Giảthiết khơng có ma sát giữa chất lỏng và

thànhống.

Thay vào p/t thu gọn:

Với V=Q/F dQ biến ñổi lưu lượng trong thời ñoạn dt.

gLF sin

ρ α

A B

H =H +L sinα

A

dV

LF gF H dt

ρ ρ

− = ∆ A L dV L dQ

H

g dt gF dt

∆ = − = −

Thayñổi áp suất A do nước va gây ra

10/25/2010 23

CHÚ Ý:

- Nếu dQ/dt < đóng van

∆HA> nước va dương

- Nếu dQ/dt > mởvan

∆HA< nước va âm

Gia số áp lực nước va A tỷ lệ tuyến tính với chiều dài L từB đến A

L=0 ∆H=0 (tại B).

A L dV L dQ H

g dt gF dt

∆ = − = −

10/25/2010 24

- Gia sốáp lực nước va tại A tỷlệtuyến tính với (dQ/dt)

Trong trường hợp

dQ

const dt =

s c d A

T Q Q gF

L

H = −

∆

Qd: lưu lượng trước khiđóng van; Qc: l/l sau khiđóng van

Ts: thời gianđóng van từQdQc

(5)

10/25/2010

10/25/2010 25

Nếu đóng (mở) van tức (dQ/dt >>> 1)

Trường hợp kể đến sự đóng khơng « tuyến tính »:

Vi k = 1,251,5 xem nhưhệan toàn.

s c d A T Q Q gF L k

H = −

∆

! ! ! HA → ∞

∆

10/25/2010 26

NƯỚC VA ðƯỜNG ỐNG CỨNG TUYỆT ðỐI D THAY ðỔI

HA

∆HA

Mặt chuẩn

A B

Réservoir

Kênh sau NM HA: cột nước tỉnh

∆HA: gia sốáp lực nước va tại A

o α o

L1,F1

L2,F2

L3,F3 ∆H(1) ∆H(2)

10/25/2010 27

Giảthiết D ñoạn khơngđổi:

Gia sốáp lực cho đoạn 1:

Gia sốáp lực cho ñoạn 2:

Gia sốáp lực cho ñoạn 3:

) F L F L ( gT Q Q T Q Q gF L H H 2 1 s c d s c d 2 ) ( ) ( =∆ + − = − + ∆ ) F L F L F L ( gT Q Q H 3 2 1 s c d ) ( = − + + ∆ 1 s c d ) ( F L . gT Q Q H = − ∆

10/25/2010 28

CƠNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch 7: ðườngống áp lực & tượng nước va Bài tập: Mộtñườngống áp lực có D=2,25m,

chiều dài L=1000m, dẫn lưu lượng Q=30m3/s Thời gian đóng van 10s

(tuyến tính k=1).

1 Tính gia sốáp lực lớn nhất nước va.

2 Tương tự nếu D=2.5m So sánh với kết quảcâu 1, nhận xét.

10/25/2010 29

CƠNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch 7: ðườngống áp lực & tượng nước va Bài giải:

1 D=2.25m

2 D=2.5m

Nhận xét: V giảmGiá trịnước va giảm

A d c

mzx

s

Q Q

L 1000 * 30

H k 76.91m

gF T 9.81*3.14159 * 2.25 10

− −

∆ = = =

A d c

mzx

s

Q Q

L 1000 * 30

H k 62.3m

gF T 9.81*3.14159 * 2.5 10

− −

∆ = = =

10/25/2010 30

CƠNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch 7: ðườngống áp lực & tượng nước va Bài tập: Lấy số liệu trước ðường ống

bây giờ gồm ñoạn: L1=400m, D1=2.25m; L2=600m, D2=2.0m

Tính gia sốáp lực nước va ñoạn ống.

(6)

10/25/2010

10/25/2010 31

CƠNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch 7: ðườngống áp lực & tượng nước va Bài giải: ðoạn 1:

ðoạn 2:

Bài tập: Lấy số liệu trước, ñường ống gồm ñoạn: L1=500m, D1=3.5m; L2=250m, D2=3.0m Lưu lượng 40m3/s Tính gia số

áp lực nước va ñoạn. m 76 30 10 30 25 * * 81 400 * T Q Q gF L H 2 s c d 1 ) ( − = π = − = ∆ m 16 89 10 30 * * 81 600 * 76 30 T Q Q gF L H H 2 s c d 2 ) ( ) ( − = π + = − + ∆ = ∆

10/25/2010 32

CƠNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch 7: ðườngống áp lực & tượng nước va NƯỚC VA TRONG ðƯỜNG ỐNG ðÀN HỒI &

NƯỚC NÉN ðƯỢC- ðĨNG (MỞ) VAN TỨC THÌ

Xét trươ,ng hợp nươ;c là NÉN ñược (ρρρρthay ñổi theoáp suất). Tiê;t diện ωωωω ñường ống thay ñổi

theo áp suất bên trong.

10/25/2010 33

Trong thực tế ñường ống

bằng thép hoặc bê tông cốt

thép biến dạng áp

suất thay ñổi (mặc dù rất

bé)

ðường ống ñàn hồi.

10/25/2010 34

CƠNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch 7: ðườngống áp lực & tượng nước va Khảo sát ñoạn cuốiñườngống:

- Có van ởA (chọn làm gốc toạ ñộ).

- ðầu vàoñườngống giảthiết hồchứa.

- V0vận tốc trung bình trongống.

- Thực hiệnđóng van tức (T=0).

A a a m m n n ∆l

p0+∆p p0

t=0 t=dt

V0

V0=0

10/25/2010 35

CƠNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch 7: ðườngống áp lực & tượng nước va Giải thích hiện tượng:

Sau ∆t (s), chỉ có đoạn chất lỏng giới hạn bởi (a-a);(m-m) là dừng Gia tăng áp suất∆p

Trong khiđó nước bên trái (m-m) vẫn chảy “bình thường”.

Phương trình chuyển động khối chất lỏng giới hạn bởi (a-a) (m-m) theo trụcống:

( )( 0)

0

( ) l V

p p p

t ρω ω− + ∆ ω= ∆ −

∆

PGS TS Nguyễn Thống 0

10/25/2010 36

CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch 7: ðườngống áp lực & tượng nước va

Từ đó: (1)

Bước thời gian kế, ñoạn chất lỏng giới hạn bởi (m-m) (n-n) sẽ dừng hiện tượng tiếp diễnsựtruyền sóng áp lực với tốc

độa:

Do đó (1) (2)

0 l p V t ρ∆ ∆ = ∆ lim 0 l a t ∆ = ∆ →

p ρaV

∆ =

(7)

10/25/2010

10/25/2010 37

CƠNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch 7: ðườngống áp lực & tượng nước va Trong trường hợp van đóng phần:

do đó

Note:∆p=ρρρρg ∆H (N/m2)

Tínha:

Khi nước bịnén:

Tiết diệnống gia tăng:

0 ( c) p ρa V V

∆ = − a 0 c

H (V V ) g

∆ = −

ρ→ ρ+ ∆ρ

ω→ ω + ∆ω

10/25/2010 38

CƠNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch 7: ðườngống áp lực & tượng nước va Khối lượng nước ñoạn a-a;m-m gia tăng:

Trong thời gian ñó, khối lượng nước ñi qua tiết diện m-m:

Luật bảo toàn khối lượng:

( )( ) l l m= +∆ +∆ ∆ − ∆

∆ ρ ρ ω ω ρω

( ) l ( )a t

m= ∆ + ∆ ∆ = ∆ + ∆ ∆

∆ ρ ω ω ρ ρ ω ω ρ t

V m = ∆

∆ ρω

m m =∆

∆ PGS TS Nguyễn Thống

10/25/2010 39

CƠNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch 7: ðườngống áp lực & tượng nước va Ta có:

Từ đó:

Note: sửdụng kết quảtrước:

(ρ∆ω+ω∆ρ)a∆t=ρωV0∆t

0

p

V a

a ρ

ω ω

ρ ρ ρ ρ

ω ω

∆

= ∆ = ∆

∆ + ∆ + 1

p a ρ ωρ

ρ ω

∆ ∆

= ∆

+ ∆

0

p ρaV

∆ =

10/25/2010 40

Chú ý khối lượng nước khơng đổi (dù có bịnén) :

Vi phân toa,n phâ,n: c

W te

ρ =

0

dW Wd

ρ + ρ =

ρ ρ

d W

dW

− =

⇒

10/25/2010 41

Quy luật thể tích châ;t lỏng thay đổi theoáp suất:

: hệ số ñàn hồi nước.

PGS TS Nguyễn Thống ρ ρ

K p

= ∆ ∆ ⇒

K dp W

dW K

dp W

dW=− ⇒ =−

β

1

K=

10/25/2010 42

CƠNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Ch 7: ðườngống áp lực & tượng nước va Dùng ñịnh luật Hooke:

Tính:

ω ω

∆ E

L .

Định dạng
Số trang	7
Dung lượng	4,39 MB