Bai toan kenh

DÒNG CHẢY ĐỀU KHƠNG ÁP TRONG KÊNH Các khái niệm Dòng chảy kênh hở Dòng chảy khơng áp ống (kênh kín) 1 CÁC KHÁI NIỆM ° ° Dòng chảy kênh hở: dòng chảy chiều có mặt thoáng (áp suất khác áp suất không khí trời) Các thông số: V 2g E ° ° ° h – độ sâu i – độ dốc đáy (i=sin) P Q Phân biệt: h  - kênh  nhỏ i - dốc nước  lớn Độ đốc nhỏ => Mặt cắt ướt tính toán = mặt cắt ngang thẳng đứng Trang thái chảy: E P ° ° ° ° ° ° ° Chảy tầng (ReR < 575) Chảy rối Dòng chảy đều: dòng chảy mà đặc trưng (vận tốc, độ sâu, diện tích mặt cắt ngang…) không đổi dọc theo dòng chảy 2 TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY ĐỀU TRONG KÊNH HỞ 2.1 Công thức Chezy ° Tính toán dòng chảy kênh, người ta thường dùng công thức Chezy: V  C Ri Hay ° Q  SC Ri  K i Mơ đun lưu lượng Các thông số: ° ° ° K  SC R  S, R – Diện tích mặt cắt ướt BKTL C – Số Chezy Hệ số mái dốc m=cotg  Công thức Manning n: hệ số nhám C  R1/ n 2.2 Caùc toán (xét kênh hình thang) Phân tích: C 8g  (Công thức Darcy) ° ° ° ° Số ptrình: (cthức Chezy) Số thông số: (b, h, m, n, i, Q) h m  b  Cho thông số, hỏi thông số lại (hoặc hỏi thông số phải cho thêm điều kiện nữa) Mặt cắt hình thang cân m h  b S  h(b  mh) P  b  2h  m S R P S: diện tích mặt cắt ướt P: chu vi ướt R: bán kính thủy lực TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY ĐỀU TRONG KÊNH HỞ a Bài toán ° ° Bài toán: Cho b, h, m, n Biết i hỏi Q (hoặc biết Q hỏi i) Thuật giải: ° ° ° Tính S, P  R Tính C  K Tính Q  K i b Bài toán ° ° hoaëc i  Q K2  Bài toán: Cho m, n, i Q Biết b hỏi h (hoặc biết h hỏi b) Thuật giải: ppháp gần đúng, chẳng hạn ppháp đồ thị Tính module lưu lượng kênh KC  Q i ° ° ° ° Cho h vài giá trị, tính module lưu lượng tương ứng K(h) Vẽ đồ thị K = f(h) Dùng đồ thị xác định h cho K(h) = KC c Bài toán ° ° Bài toán: Cho m, n, i Q Hỏi b h, biết thêm  (=b/h) V Thuật giải: dùng ppháp gần đúng, chẳng hạn ppháp đồ thị XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NHÁM (1/2) 3.1 Trường hợp mặt cắt kênh đơn giản ° ° ° ° Phương pháp SCS (soil Conversation Service Method): ước định hệ số n cách chọn hệ số n cho kênh trường hợp tiêu chuẩn Sau tùy theo điều kiện thực tế mà hiệu chỉnh hệ số n cách cộng nhân với số hiệu chỉnh Phương pháp dùng bảng: hệ số n cho kênh thường gặp xác định theo kinh nghiệm thực nghiệm lập thành bảng để tra cứu Phương pháp dùng hình ảnh: từ kênh thực tế người ta đo đạc xác định hệ số n, sau chụp ảnh xếp thành loại Khi tính toán dựa vào hình ảnh kênh có sẵn n ước định hệ số nhám n Phương pháp công thức thực nghiệm: XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NHÁM (2/2) 3.2 Trường hợp mặt cắt kênh phức tạp ° ° Mcắt ướt kênh chia thành nhiều phần đơn giản hệ số nhám ne toàn mặt cắt tính từ hệ số nhám phần Một số công thức:  N 32 P n  i i   i 1   ne   P     N 2 P n  i i   i 1   ne   P    PR ne  N Pi Ri5  ni i 1 23 12 A1 A3 A2 n1, P1 n3, P3 N ne  n A i 1 i i n2, P2 A MẶT CẮT LI NHẤT VỀ MẶT THỦY LỰC (1/1) ° ° ° ° ° Định nghóa: Trong tất loại mặt cắt, mặt cắt dẫn lưu lượng lớn điều kiện (độ dốc đáy kênh, độ nhám kênh, diện tích mặt cắt ướt nhau) gọi mặt cắt lợi mặt thủy lực Nói cách khác, mặt cắt có diện tích nhỏ chảy A, P A V qua lưu lượng định sẵn độ dốc đáy P kênh, độ nhám kênh cho trước Bài toán xác định mặt cắt lợi mặt thủy lực cách tổng quát cho dạng V mặt cắt khó không thực tế H =b/h Xét trường hợp mặt cắt hình thang Diễn biến số thông số mặt cắt theo bề rộng tương đối  cho hình Mặt cắt ứng với H lợi mặt thủy lực Tại H  dA  0   d       H   dP  0  d   H   H    m2  m  10 DỊNG CHẢY ĐỀU KHƠNG ÁP TRONG ỐNG (KÊNH KÍN) Ngồi dịng chảy kênh hở, thực tế cịn gặp loại chảy khơng áp ống kín, chẳng hạn dịng chảy cống ngầm nước thành phố, đường hầm xuyên qua núi… Tùy theo yêu cầu sử dụng mà có nhiều kiểu mặt cắt khác Việc tính tốn thủy lực cho mặt cắt này, dưạ công thức sau: V  C Ri Q  SC Ri  K i Mô đun lưu tốc: W C R DỊNG CHẢY ĐỀU KHƠNG ÁP TRONG ỐNG Tuy nhiên, tốn này, việc tính mơ đun lưu lượng K mô đun lưu tốc W phức tạp diện tích ướt chu vi ướt hàm số phức tạp độ sâu h Do đó, người ta xây dựng bảng, đồ thị cho K W Gọi chiều cao mặt cắt ống H, độ sâu nước ống h, tỉ số gọi độ đầy a h H 1) Các bảng cho: trị số K0 , W0 (mô đun lưu lượng, mô đun lưu tốc) ống ứng với lúc chảy đầy ống (a=1) 2) Các đồ thị biểu diễn quan hệ sau: A K  f1 (a ) K0 B W W  f (a) Trong đó: K W mô đun lưu lượng mô đun lưu tốc ống ứng với độ đầy a DỊNG CHẢY ĐỀU KHƠNG ÁP TRONG ỐNG Dạng 1: Cho H,h,i Xác định Q,V? Step 1: (H,h) =>a Step 2: a =>A,B Step 3: H => K0, W0 Step 4: K0 , W0 =>Q, V Q  K i  K0 A i V  W i  W0 B i DỊNG CHẢY ĐỀU KHƠNG ÁP TRONG ỐNG Dạng 2: Cho Q (V), H,i Xác định độ ngập h? Step 1: H =>K0 , (W0) Step 2: Q, (V), K0 , W0 , i =>A, (B) Q  K i  K A i  A V  W i  W0 B i  B Step 3: A, (B) =>a Step 4: a =>h=a.H DÒNG CHẢY ĐỀU KHÔNG ÁP TRONG ỐNG Dạng 3: Cho Q (V), H,h Xác định i ? Step : h, H => a, W0 , K0 Step 2: a => A,B ( đồ thị ) Step 3: Q, V, A, B Q  K i  K0 A i V  W i  W0 B i Q2 V2  i  2  2 K A W0 B 16 Bài 1:Cho mặt cắt kênh dẫn hình thang với độ rộng đáy kênh b= 10m, độ dốc mái kênh m= 1, độ dốc đáy i= 0,0001, độ nhám thành kênh n= 0,02, lưu lượng tháo Q= 20 m3/s Xác định độ sâu h mặt cắt kênh dẫn? (2) Bài 2: Cho mặt cắt kênh dẫn hình thang với b= 10m, h= 3,5m, m= 1,25, i= 0,0002, n= 0,025 Xác định lưu lượng Q lưu tốc Vtb dòng kênh dẫn ( Áp dụng cho trường hợp hệ số Chezy C xác định theo công thức thực nghiệm Maning ) 17 Bài 3: Xác định kích thước (b,h) kênh hình thang biết Q=12 m3/s, m= 1,25; n= 0,0225; i= 0,0004 Tỉ số b/h= 4.(3) Bài 4: Tính kích thước (b, h) kênh hình thang để chuyển lưu lượng lưu tốc V với: Q= m3/s;V=0,8 m/s; m=1,5; n= 0,0225; i= 0,0004 (3) Bài 5: Kênh mặt cắt hình thang có b=10m, h=2m, m=1, n=0,02, i=0,0001 Hỏi Q=? V=? (1) 18 Bài 6: Xác định kích thước (b,h) kênh mặt cắt hình chữ nhật, hệ số nhám Manning n=0,02, i=0,0004, Q=100 m3 /s, v=1m/s Bài 7: Tính kích thước b h kênh mặt cắt hình thang cho lợi mặt thủy lực biết m=1, i=0,0001, n=0,025, Q= 60 m3 /s Bài 8: Xác định lưu lượng Q lưu tốc trung bình V đường hầm dẫn nước hình trịn có đường kính d=3m, độ sâu nước h=2.1m, hệ số nhám n=0,013, độ dốc đáy kênh i=0,0009 Bài 9: Một ống nước bê tơng (n=0,013) hình trứng có độ dốc i=0,0004, chiều cao H=2,1m Tìm chiều sâu nước h ống , lưu lượng Q=1,8 m3 /s 19 Bài 10: Ống thoát nước hình trịn có n=0,013, a h  0, H H=d=2,1m, l=1000m, Q=1,5 m3 /s Tìm độ dốc i tổn thất cột nước đoạn ống Bài 11: Xác định đường kính ống trịn bê tơng cốt thép cho a  h  0,8 biết Q=3 m3 /s, i=0,004, n=0,013 H Bài 12: Một ống nước hình trịn có n= 0,02 có độ dốc i= 0,0004, H= 2,3m Tìm chiều sâu nước ống Q= 2m3/s Bài 13: Một ống nước hình trứng có n= 0,013 có độ dốc i= 0,0004, H= 2,5m Tìm chiều sâu nước ống Q= 3m3/s 20