- tổn thất năng l−ợng trung bình dọc theo dòng chảy.
b. Giải gần đúng: Hệ thức tích phân T Karman
10.1 Những khái niệm cơ bản về dòng chảy đều không áp
Ta th−ờng gặp dòng chảy đều không áp trong các kênh dẫn thủy nông (kênh hở) hoặc trong các cống ngầm thoát n−ớc của thành phố, nhà
máy v.v.. (H.10-1).
Dòng chảy đều không áp tr−ớc hết phải bảo đảm điều kiện của dòng chảy đều nói chung: l−u l−ợng, hình dạng và diện tích mặt cắt −ớt, biểu đồ phân bố vận tốc trên mặt cắt −ớt, độ dốc đáy, độ nhám lòng kênh, không đổi dọc theo dòng chảy và theo thời gian. Nh−ng vì dòng chảy đều không áp có mặt thoáng nên phải thêm một điều kiện nữa là độ sâu h của dòng chảy không đổi, và do đó việc tính toán thủy lực ch dòng chảy đều không áp phức tạp thêm.
Thông th−ờng áp suất trên mặt thaóng của dòng chảy đều không áp bằng áp suất khí quyển pa, nên đ−ờng đo áp của dòng chảy (khi vẽ với áp suất d−) trùng với đ−ờng mặt n−ớc. Kết hợp với điều kiện độ sâu h không đổi, ta có: Jda = i
Trong đó:
---
--- Ch−ơng10:Dòng chảy đều không áp trong kênh - 127 -
- i: độ dốc hình học của đáy kênh, bằng độ dốc của đ−ờng mặt n−ớc; - Jda: độ dốc đ−ờng đo áp.
Mặt khác, dòng chảy đều không áp có vận tốc trung bình v không đổi dọc theo dòng chảy, nên đ−ờng năng và đ−ờng đo áp song song với nhau, tức là: J = Jda.
Dòng chảy đều không áp trong các kênh phần lớn là chảy rối ở khu sức cản bình ph−ơng, vì vậy ta dùng công thức Sêđi để tính toán:
RJC C v=
Vì J = Jda = i, công thức Sêđi trở thành: v=C Ri (10-1)
Hình10-2
Gọi vận tốc trung bình của dòng chảy khi i = 1 là đặc tr−ng vận tốc, kí hiệu W, ta có:
RC C
W = (10-2a)
Vậy: v=W i (10-2b)
T−ơng tự nh− trong tính toán đ−ờng ống có áp (Đ6-7), gọi l−u l−ợng của dòng chảy ứng với i = 1 là đặc tửng l−u l−ợng, kí ohiệu K:
K = ω C R (10-3)
Ta có Q = K i (10-4)
Các công thức Sêdi và (10-4) là những ph−ơng trình cơ bản của dòng chảy đều không áp.
---
--- Ch−ơng10:Dòng chảy đều không áp trong kênh - 128 -
Cũng nh− dòng chảy đều có áp, sự phân bố vận tốc của dòng chảy đều không áp rất phức tạp, nó phụ thuộc trạng thái và hình dạng mặt cắt của dòng chảy. Độ phân bố vận tốc trên các đ−ờng thẳng đứng bao giờ cũng có trị số nhỏ ở gần đây và lớn dần ở gần mặt thoáng. Hình 10-3 biểu thị phân bố vận tốc trên một đ−ờng thẳng đứng của dòng chảy đều không áp trong kênh có mặt cắt hình chữ nhật.
Xét trên mặt bằng thì vận tốc lớn nhất ở giữa và càng vào gần thành càng giảm đi.