Tóm tắt
Tóm tắt
Bộ môn Cấp nước
Khoa Kỹ thuật hạ tầng và Môi trường Đô thị Email: minhngoc3279@gmail.com ĐT :0932277980
Ngày nhận bài: 7/12/2017 Ngày sửa bài: 27/02/2018 Ngày duyệt đăng: 11/02/2019
1. Mở đầu
Nghiên cứu xây dựng đường mặt nước đóng vai trò quan trọng trong thiết kế kênh hở [6]. Trong tính toán về thiết kế kênh hở thường áp dụng các công thức thực nghiệm để tính độ sâu phân giới [5], hầu hết các nghiên cứu tính độ sâu phân giới chủ yếu chuyên sâu về các dạng mặt cắt hình thang, chữ nhật, hình parabolic [1,2,3,4]. Các nghiên cứu về độ sâu phân giới cho cống tròn tương đối ít, trong khi đó hệ thống thoát nước thải chủ yếu là thiết kế hệ thống cống tròn.
Khi tính toán độ sâu phân giới (hk) thì chỉ có kênh chữ nhật là xây dựng được công thức bằng phân tích lý thuyết [6-9], còn các loại kênh khác đều sử dụng công thức thực nghiệm hoặc tính thử dần từ công thức tổng quát.
Khi tính thử dần [6], người tính sẽ mất nhiều công sức, hoặc phải sử dụng các thuật toán phức tạp, do vậy các công thức bán thực nghiệm ra đời giúp cho việc tính toán nhanh hơn nhưng vẫn đảm bảo kết quả tính nằm trong sai số cho phép.
Trong ứng dụng tính toán thoát nước đô thị, thực sự cần thiết phải tính độ sâu phân giới cho cống tròn, với các công thực thực nghiệm đã có, sau khi tính toán cho thấy có độ sai số lớn và không ổn định (sai số từ 0,06% đến 7,5% - Bảng 1).
Trong bài báo này, tập trung phân tích dòng chảy phân giới trong cống tròn và đề xuất công thức tính toán nhanh đối với độ sâu phân giới của cống tròn với kết quả chính xác và nhanh chóng hơn.
2. Cơ sở khoa học
2.1 Lý thuyết xác định độ sâu phân giới
Trạng thái dòng chảy phân giới được nhận biết trong điều kiện số Froude bằng giá trị nhất định (Fr = 1), nhìn chung, trạng thái chảy phân giới xuất hiện tại vị trí năng lượng đơn vị mặt cắt nhỏ nhất đối với mỗi giá trị lưu lượng [6].
Khái niệm về độ sâu phân giới: Với một lưu lượng đã cho và tại một mặt cắt xác định, độ sâu nào làm cho năng lượng đơn vị của mặt cắt ấy có trị số nhỏ nhất thì độ sâu đó là độ sâu phân giới (ký hiệu hk) [10].
+ Năng lượng đơn vị mặt cắt [6, 10]:
22 2 Q e h 2gA α = + (1)
+ Lấy đạo hàm theo độ sâu:
2 2 2 2 3 Q de 1 d h 1 Q dA 1 V dA dh dh 2gA gA dh gA dh α α α = + = − = − (2)