7 .Cấu trỳc của luận ỏn
2.3 Cơ sở lý thuyết về thớ nghiệm mụ hỡnh vật lý
2.3.1 Lý thuyết tương tự và tỷ lệ mụ hỡnh
2.3.1.1 Tương tự về hỡnh học
Tương tự hỡnh học giữa mụ hỡnh (MH) và nguyờn hỡnh (NH) là tương tự về hỡnh dạng hỡnh học, do đú bất kỳ độ dài tuyến tớnh tương ứng nào thỡ nguyờn hỡnh và mụ hỡnh phải cú cùng tỷ lệ:
lN 1 =lN 2 = ...lNn =
l l l l
M 1 M 2 Mm
Trong đú:
- lN1, lN2, …, lNn là cỏc độ dài tuyến tớnh của nguyờn hỡnh;
- lM1, lM2, …, lMn là cỏc độ dài tuyến tớnh của mụ hỡnh;
- l là hệ số tỷ lệ độ dài.
2.3.1.2 Tương tự về động học
(2.5)
Tương tự về động học là tương tự trạng thỏi chuyển động giữa mụ hỡnh và nguyờn hỡnh. Vận tốc, gia tốc tại bất kỳ tương ứng nào giữa mụ hỡnh và nguyờn hỡnh bắt buộc phải song song với nhau và cú cùng một hệ số tỷ lệ:
UN 1 =UN 2= ...UNn = U U U U M 1 M 2 Mm aN 1 =aN 2 = ...aNn = a a a a M 1 M 2 Mm (2.6) (2.7)
Trong đú: U và a là vận tốc và gia tốc; U, a là hệ số tỷ lệ của vận tốc và gia tốc.
2.3.1.3 Tương tự về động lực học
Tương tự về động lực học là tương tự về lực tỏc dụng giữa mụ hỡnh và nguyờn hỡnh. Lực tỏc dụng tại bất kỳ tương ứng nào giữa mụ hỡnh và nguyờn hỡnh bắt buộc phải song song với nhau và cú cùng một hệ số tỷ lệ:
fN 1 = fN 2 = ...fNn =
f f f f
M 1 M 2 Mm
Trong đú: f là lực tỏc dụng; f là hệ số tỷ lệ về lực.
(2.8)
Để cú được tương tự cơ bản về cỏc yếu tố súng, mụ hỡnh cõ̀n làm chớnh thỏi, luật tỷ lệ mụ hỡnh cõ̀n tuõn theo tiờu chuẩn Froude. F=V/(gL)0.5 (V là vận tốc súng; L là đường kớnh lỗ rỗng). Việc lựa chọn NV = Nt = (NL)0.5 theo phộp phõn tớch thứ nguyờn và định luật Buckingham giỳp cho mụ hỡnh đảm bảo về chỉ số tương tự Froude tức là Fm = Fn
(m: mụ hỡnh; n: nguyờn hỡnh).
2.3.1.4 Tỷ lệ mụ hỡnh
Việc nghiờn cứu hiệu quả làm việc của cụng trỡnh được mụ phỏng trờn mụ hỡnh vật lý chớnh thỏi tức là tỉ lệ chiều dài l bằng với tỉ lệ chiều cao h. Để tương tự về động học và động lực súng cỏc tỉ lệ mụ hỡnh cõ̀n tuõn thủ theo tiờu chuẩn Froude. Việc xỏc định tỉ lệ mụ hỡnh phù hợp đúng vai trò quyết định tớnh khả thi và mức độ chớnh xỏc kết quả thớ nghiệm. Lựa chọn mụ hỡnh dựa vào cỏc điều kiện của nguyờn hỡnh (tham số súng và kớch thước hỡnh học của cụng trỡnh), năng lực của hệ thống thiết bị thớ nghiệm về khả năng tạo súng tối đa và kớch thước mỏng súng. Ngoài ra, tỉ lệ mụ hỡnh thường được chọn phải đủ lớn để giảm thiểu cỏc sai số khi chế tạo và lắp đặt.
Chiều cao mặt cắt thớ nghiệm bao gồm cả bói là 4m (cao trỡnh bói trung bỡnh -0.5, đỉnh +3.5m). Trờn cơ sở phạm vi khụng gian mụ hỡnh và khả năng tạo súng của hệ thống mỏy tạo súng, tỷ lệ mụ hỡnh được chọn 1/10, h= l=10. Tỷ lệ bảo đảm cỏc trường hợp súng thớ nghiệm (Hs ≤ 0.4, TP = 0.5s ữ5.0s) thuộc khả năng tạo súng thiết bị. Đồng thời với chiều cao mặt cắt thớ nghiệm 0.4m đủ bố trớ mỏng súng và khoảng lưu khụng so với đỉnh mỏng để khụng tràn thành mỏng (h=1.5m); độ sõu nước tối đa trước mỏy tạo súng 1.4m.
Dòng chảy qua cỏc lỗ nhỏ trờn bề mặt kết cấu ẳ trụ rỗng trờn đỉnh (TSD) và sự ảnh hưởng của độ nhỏm bờ tụng cũng như bói trước cụng trỡnh thường bị đỏnh giỏ thấp trong mụ hỡnh tỷ lệ nhỏ, do cỏc ảnh hưởng của độ nhớt C khụng thỏa món tiờu chuẩn Reynolds. Do vậy, để hạn chế cỏc ảnh hưởng khỏc cú thể gõy ra do mụ hỡnh tỷ lệ nhỏ, tỏc giả đó chọn thớ nghiệm với bói nhẵn, khụng thấm nước và cấu kiện được chế tạo độ nhỏm tương đương. Điều này khụng làm ảnh hưởng đến cỏc mục đớch chớnh của nghiờn cứu. Đồng thời, độ nhớt thường ảnh hưởng khi dòng chảy trong mặt cắt thu hẹp và chịu tỏc động bề mặt tiếp xỳc. Trong khi đú, cấu kiện kết cấu ẳ trụ rỗng trờn đỉnh (TSD) trong mụ hỡnh được chế tạo tuõn theo tiờu chuẩn Froude với bề dày kết cấu nhỏ và bằng đường kớnh lỗ 2.5cm, nờn ảnh hưởng bề mặt tiếp xỳc khi dòng chảy qua cỏc lỗ đó được giảm thiểu.
Mặt khỏc, chiều cao súng thớ nghiệm được lựa chọn tối thiểu là 0.1m để cú thể tạo ra số Reynolds đủ lớn (Re>3x104) nhằm hạn chế ảnh hưởng của lực nhớt trong tất cả cỏc thớ nghiệm.