II. nội dung tính tốn:
2. Định lợng đờng mặt nớc trong cống:
Xuất phát từ mặt cắt co hẹp (C-C) cách cửa van một đoạn L = 0,168m ta tiến hành tính tốn đờng mặt nớc đến cửa ra của cống.
Chiều dài tính tốn : l = 87,55 - 0,168 = 87,382 ( m ).
Dùng phơng pháp cộng trực tiếp để vẽ đờng mặt nớc. Theo phơng pháp này khi đã biết độ sâu h1 và khoảng cách giữa hai mặt cắt ta sẽ tính đợc độ sâu h2 theo công thức : ∆L = i∆−∋J
Trong đó:
+ ∆∋ = ∋1 -∋2 : chênh lệch năng lợng đơn vị của hai mặt cắt tính tốn.
∆∋ = ( h2 + ) . 2 . ( ) . 2 . 2 1 1 2 2 g V h g V α α − + .
+ J: độ dốc thuỷ lực trung bình của đoạn tính tốn (∆L) 2 2 1 J J J = +
+ J1, J2: độ dốc mặt nớc tại mặt cắt đầu và mặt cắt cuối của đoạn tính tốn. + V1, V2: vận tốc dòng nớc tại mặt cắt đầu và mặt cắt cuối của đoạn tính tốn.
Kết quả tính tốn đờng mặt nớc trong cống ngầm đợc thể hiện ở bảng 12-3. Qua bảng tính này ta thấy đờng mặt nớc đã cắt đờng K-K khi cha ra khỏi cống ( hr > hk ) nên xảy ra hiện tợng nớc nhảy trong cống.
* Xác định vị trí nớc nhảy:
Vận dụng lý thuyết về sự nối tiếp, trớc nớc nhảy là đoạn chảy xiết theo đờng nớc dâng CI bắt đầu từ mặt cắt co hẹp có độ sâu hc đến mặt cắt I - I có độ sâu h'. Sau nớc nhảy là đoạn chảy êm theo đờng nớc hạ BI bắt đầu từ mặt cắt II - II có độ sâu h'' đến mặt cắt cửa ra có độ sâu hk.
- Cách xác định vị trí nớc nhảy :
+ Vẽ đờng CI'' liên hiệp với đờng CI, mỗi điểm của đờng này là độ sâu liên hiệp tơng ứng với mỗi điểm của đờng CI và vị trí của nó lùi xuống hạ lu một đoạn bằng chiều dài nớc nhảy tơng ứng. Chi tiết tính tốn đợc ghi ở bảng
12-4. Trong đó: h'' = − + 1 . . 8 1 2 3 2 h g q h α và ln = 4,5 h''.
l: khoảng cách từ mặt cắt co hẹp C-C đến mặt cắt I - I có độ sâu trớc nớc nhảy t- ơng ứng.
l + ln : khoảng cách từ mặt cắt C-C đến mặt cắt II - II sau nớc nhảy.
Qua kết quả tính tốn ta thấy vị trí nớc nhảy cách mặt cắt co hẹp một đoạn = 35,39( m ) và nớc nhảy có các đặc trng cơ bản sau:
- Chiều dài nớc nhảy : ln = 1,485( m ). - Độ sâu trớc nớc nhảy: h' = 0,2235 ( m ). - Độ sâu sau nớc nhảy : h'' = 0,33 ( m ).
Nớc nhảy trong cống gây bất lợi cho cống về mặt ổn định trong quá trình làm việc. Ta có thể sử dụng các biện pháp để đẩy nớc nhảy ra ngoài nh: giảm bề rộng cống hoặc đa vị trí tháp van về gần phía hạ lu, tăng độ dốc đáy cống. Nhng các biện pháp này lại gây bất lợi cho một số điều kiện khác nên chúng khơng khả thi.
Ta thấy do cống có chiều cao Hc = 1,6 ( m ),trong khi h'' = 0,33 ( m ) nên nớc nhảy khơng chạm trần cống.Do đó ta có thể gia cố khớp nối thi cơng cống trong đoạn có nớc nhảy đẩm bảo cho cống vẫn làm việc bình thờng khi có nớc nhảy trong cống.
1. Tính tốn tiêu năng theo cấu tạo.
Theo điều kiện cấu tạo tại cửa ra của cống ta phải bố trí tiêu năng để dịng chảy ra hạ lu cống đợc an tồn. Chọn hình thức tiêu năng cho cống tại cửa ra là tiêu năng đáy, làm bể tiêu năng.
a. Các số liệu tính tốn:
- Lu lợng dùng để tính tốn tiêu năng : Q= 1,43m3/s
- Cao trình đáy cống ở cửa ra: Zcr = + 54,85 m.
- Cao trình đáy kênh dẫn hạ lu: Zđk = + 54,85 m.
- Chiều sâu nớc tại cửa ra : hcr = hk = 0,593m.
- Vận tốc dòng chảy tại cửa ra : Vra = 2,41(m/s). b. tính tốn tiêu năng.
Chiều sâu bể phải đảm bảo xảy ra nớc nhảy ngay sau cửa ra của cống ( trong phạm vi bể ). Muốn vậy phải thoả mãn điều kiện:
hb ≥δ.hc′′.
Với hb = hh + d + Z2. δ : hệ số ngập, δ = 1,05 ữ 1,1
hc′′ : Độ sâu liên hiệp với độ sâu co hẹp tại đầu bể, tính với năng lợng tồn phần: hc′′ = E0 + hr + g Vr . 2 2 +d.
Vr , hr : độ sâu và lu tốc bình quân của dòng chảy tại mặt cắt cuối cống. Giả thiết chiều sâu bể d = 0,5m.
⇒ E0 = 0,593 + 0,296 + 0,5 = 1,389 (m). Tính đợc (Fτc) = 0,919 ⇒ τc'' = 0,702.
⇒ hc'' = E0. τc'' = 0,975m.
⇒δ. hc'' = 1,02375 m.
hb = 0,85 + 0,5 + 0,0248 = 1,3748 m. Kiểm tra điều kiện: hb =1,3748m ≥ δ.hc′′ =1,02375m. Vậy chọn chiều sâu bể d = 0,5m.
Chiều dài bể:
lb = 0,8ln.
Với ln = 4,5.hc'' = 4,5 .0,975 = 4,3875 m. ⇒ lb = 0,8 . 4,3875 = 3,51(m).
Vậy chọn chiều dài bể tiêu năng lb = 5(m). Kết quả tính tốn tiêu năng nh sau:
Chiều sâu bể : d = 0,5m.
Chiều dài bể tiêu năng : lb = 5m. Chiều dài đoạn bảo vệ sau nớc nhảy: Lsn = 2,5 . ln = 2,5 . 4,3875 = 10,97m.
Chọn chiều dài đoạn bảo vệ sau nớc nhảy Lsn = 12m. 12-5. chọn cấu tạo cống