CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU TỔNG QUÁT XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC BỂ TIÊU NĂNG SAU CỐNG CÓ VAN ĐIỀU TIẾT Ở HẠ LƯU
2.4. Tính toán tiêu năng kiểu buồng kín sau van côn
2.5.2. Tính khẩu diện cống ứng với các trường hợp
Cửa van mở hoàn toàn, dòng chảy trong cống là chảy có áp 2.5.2.2. Công thức xác định kích thước mặt cắt ngang
Z0
. g . 2 . .
Q =àω ∆
Trong đó:
Q - lưu lượng qua cống, m3/s;
à - hệ số lưu lượng, tớnh với dũng chảy từ mặt cắt thượng lưu đến mặt cắt hạ lưu cống.Xác định:
- Trường hợp chung, khi cống bao gồm các đoạn có mặt cắt khác nhau, cụ thể là đoạn cống hộp phía trước tháp van, và cống tròn sau tháp van, hệ số lưu lượng xác định như sau:
2 1 i 2
h .K
K l
∑ξ +
= à
Trong đó:
h
Kh
ω
= ω
ωh: diện tích mặt cắt ướt lòng dẫn hạ lưu, sau buồng tiêu năng, m2;
ξi : hệ số sức cản thủy lực tại vị trí tương ứng có diện tích mặt cắt ướt là ωi;
Khi ξi là hệ số sức cản cục bộ (tại cửa vào, lưới chắn rác, khe van, chỗ uốn cong, tại cửa van, buồng tiêu năng) thì ωi lấy ở sau vị trí có tổn thất cục bộ;
Khi ξi là hệ số sức cản dọc đường, thì ωi lấy là diện tích mặt cắt ướt trung bình của đoạn.
K1: hệ số tính đổi về mặt cắt tính toán:
i
K1
ω
= ω
- Trường hợp riêng, khi cống có mặt cắt không đổi trên toàn chiều dài, hệ số lưu lượng được xác định theo công thức:
i 2
Kh
1
∑ξ
= + à
ω - Diện tích mặt cắt đại biểu, lấy theo mặt cắt cống tròn phía trước cửa van, m2;
∆Z0 - Cột nước tác dụng của cống(m) g - Gia tốc trọng trường, m/s2.
Bài toán được giải theo phương pháp thử dần :giả thiết kích thước mặt cắt cống, xác định Q
Nếu Q QTK( sai số trong phạm vi cho phép) thì dừng tính toán và lựa chọn kích thước cho phù hợp.
Quá trình tính toán được thể hiện trong các bảng ở Phụ lục 2 Giải thích :
Cột 1 : Đường kính ống tròn D(giả thiết) Cột 2 : Diện tích mặt cắt ống tròn
Cột 3 : Bán kính thủy lực R=D/4 Cột 4 :Trị số Kh ( ta có )
Cột 5 :Tỉ số r/h ( do cống tròn nên h= đường kính của mặt cắt cống) Cột 6 :Hệ số tổn thất cửa vào ( theo 14 TCN 197-2006)
Cột 7 : Tỉ số bk/B( chiều rộng khe phai, khe van bk= 0,2m ; chiều rộng cống ở phàn bố trí khe ta lấy B= đường kính cống + 0,8m)
Cột 8 : Hệ số tổn thất tại khe phai và khe van
Cột 9 : Hệ số tổn thất qua lưới chắn rác (chọn lưới chắn rác trước cửa vào có các thanh lưới dạng chữ nhật dày S= 1cm, khoảng cách 2 thanh d= 10cm, góc nghiêng là 75o)
Cột 10 : Hệ số tổn thất tai khe van( sử dụng van côn, mở hoàn toàn có )
Cột 11 : Hệ số tổn thất dọc đường
R; C
gL 2
dd = 2
ξ
Trong đó:
g - gia tốc trọng trường, m/s2; L - chiều dài đoạn ống, m;
C - hệ số Sêdi;
R - bán kính thủy lực của mặt cắt ngang ống, m.
Cột 12 : Hệ số lưu lượng Cột 13 : Lưu lượng tính toán
Bảng 2-1 : Kết quả tính đường kính cống D(m) ứng với Q (m3/s) ZO(m)
Q=1 Q=5 Q=10 Q=15
1,0 0,71 1,36 1,82 2,22
2,0 0,69 1,28 1,7 2,19
3,0 0,68 1,26 1,66 2,0
4,0 0,67 1,24 1,63 1,94
Ta có biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa đường kính cống và lưu lượng thiết kế cồng theo các độ chênh cột nước khác nhau như trên hình 2-6.
Hình 2-6 :Biểu đồ D Q và phụ thuộc vào Zo
0,000 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 9,000 10,000
0 10 20 30 40 50 Z'o(m
) Q= 1
Q=5 Q=10 Q=15 Q : Lưu lượng thiết kế cống(m3/s)
ξdd(m)
Hình 2-7 : Biểu đồ quan hệ Z’o~ξdd
0 0,5 1 1,5 2 2,5
0 5 10 15 20
D(m)
Q(m3/s)
Zo=1 Zo=2
Zo=3 Zo=4
Zo: Chiều cao cột nước công tác (ứng với MNC)
Nhận xét : Với cột nước khống chế Zo, đường kính yêu cầu của cống đồng biến với lưu lượng yêu cầu Q. Khi lưu lượng cống đã định, trị số D nghịch biến với Zo, tức là cột nước công tác càng nhỏ thì yêu cầu đường kính cống càng lớn, điều này là hợp logic. Tuy nhiên trị số D thay đổi không nhiều theo Zo và khi chọn đường kính theo luật quy tròn về số chẵn thì hầu như đường kính cống được chọn chỉ phụ thuộc vào cấp lưu lượng yêu cầu Q. Điều này được giải thích như sau :Với cống dưới đập đất có chiều dài lớn nên tổn thất dọc đường là yếu tố chi phối có ảnh hưởng nhiều nhất đến kích thước cống. Cống có cột nước càng cao thì chiều dài càng lớn, tức là sự gia tăng cột nước chủ yếu là để khắc phục tổn thất cột nước theo chiều dài cống(hình 2-7), và do đó đường kính cống được chọn chủ yếu phụ thuộc vào lưu lượng mà ít thay đổi theo cột nước.