›
›

Bài giảng Thủy lực - Huỳnh Công Hoài

pdf 50 trang ngocly 1050
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Thủy lực - Huỳnh Công Hoài", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_thuy_luc_huynh_cong_hoai.pdf

Nội dung text: Bài giảng Thủy lực - Huỳnh Công Hoài

  1. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 1 Chöông: 1 DOØNG CHAÛY ÑEÀU TRONG KEÂNH HÔÛ 1.1 KHAÙI NIEÄM CHUNG Doøng chaûy ñeàu – Doøng khoâng ñeàu Doøng chaûy ñeàu coù aùp – Doøng chaûy ñeàu khoâng aùp ( keânh hôû) Ñieàu kieän caàn ñeå coù doøng chaûy ñeàu - Hình daïng maët caét öôùt khoâng ñoåi (keânh laêng truï) - Ñoä doác khoâng ñoåi (i = const) - Ñoä nhaùm khoâng ñoåi ( n = const) Khi doøng chaûy ñeàu xaûy ra thì: - Chieàu saâu, dieän tích öôùt vaø bieåu ñoà phaân boá vaän toác taïi caùc maët caét doïc theo doøng chaûy khoâng ñoåi . - Ñöôøng doøng, maët thoaùng, ñöôøng naêng vaø ñaùy keânh song song vôùi nhau. 1.2 COÂNG THÖÙC CHEÙZY VAØ MANNING Cheùzy (1769) V = C Ri 1 1 6 1 Manning C = R V = R 2 / 3 i n n 1 2 Q = AR 3 i n 1 K = AR2 3 Q = K i n K ñöôïc goïi laø modul löu löôïng Coâng thöùc tính toaùn dieân tích öôt vaø chu vi öôùt hình thang m = cotg β : heä soá maùi doác m A h A = h(b+mh) : dieän tích öôùt β b P =b + 2h 1 + m2 chu vi öôùt Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  2. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 2 1.3 XAÙC ÑÒNH HEÄ SOÁ NHAÙM Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán heä soá nhaùm nhö sau Ñoä nhaùm beà maët Lôùp phuû thöïc vaät Hình daïng maët caét keânh Vaät caûn Tuyeán keânh Söï boài xoùi Möïc nöôùc vaø löu löôïng 1.3.1 Tröôøng hôïp maët caét keânh ñôn giaûn Phöông phaùp SCS (soil Conversation Service Method) Phöông phaùp duøng baûng Phöông phaùp duøng hình aûnh Phöông phaùp duøng bieåu ñoà löu toác (x − 1)h1 6 n = 6,78(x + 0,95) h: Chieàu saâu doøng chaûy U U : Vaän toác taïi vò trí 2/10 cuûa chieàu saâu hay 0,8 h tính töø ñaùy, x = 0,2 0,2 U0,8 U0,8: Vaän toác taïi vò trí 8/10 cuûa chieàu saâu hay 0,2 h tính töø ñaùy Phöông phaùp coâng thöùc thöïc nghieäm Simons vaø Sentruk (1976): n = 0,047d1/6 d: Ñöôøng kính haït cuûa loøng keânh (mm). 1.3.2 Tröôøng hôïp maët caét keânh phöùc taïp Cox(1973) N A1 A3 n n A 1 A ∑ i i 2 n i=1 3 ne = n A 2 A1: Dieän tích öôùt cuûa töøng dieän tích ñôn giaûn A: Dieän tích öôùt cuûa toaøn boä maët caét. 1.4 TÍNH TOAÙN DOØNG ÑEÀU: 1.4.1. Baøi toaùn kieåm tra a. Xaùc ñònh löu löôïng : 1 2 Bieát : A, i, n Q = AR 3 i n b. Xaùc ñònh ñoä saâu h : Bieát : i, n, Q, hình daïng maët caét keânh h 1 2 nQ 2 Q = AR 3 i = AR 3 Thöû daàn -> h n i Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  3. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 3 Ñoái vôùi maët caét hình troøn coù theå duøng bieåu ñoà 1 Q Modul löu löôïng: K = AR2 / 3 = n i 2 2 / 3 8 / 3 Modullöulöôïngkhi 1 2 / 3 1 ⎛πD ⎞⎛ D ⎞ π D K = A R = ⎜ ⎟ = D h ng ng ng ⎜ ⎟⎜ ⎟ 5 / 3 chaûy ngaäp : n n ⎝ 4 ⎠⎝ 4 ⎠ n 4 Tính tæ soá : K/Kng Duøng bieåu ñoà Töø : K/Kng h/D h 1.4.2 Baøi toaùn thieát keá a. Maët caét coù lôi nhaát veà thuûy löc Neáu keânh coù cuøng ñieàu kieän : i, n, maët caét coù hình daïng lôïi nhaát veà thuûy löïc laø : - Coù cuøng dieän tích öôùt A nhöng cho löu löôïng lôùn nhaát hoaëc - Cuøng chaûy vôùi löu löôïng nhöng coù dieän tích öôùt A nhoû nhaát 2 1 3 Töø Q = AR i Maët caét coù R lôùn hay coù Pmin seõ laø maët n caét coù lôïi nhaát veà thuûy löïc Nhö vaäy trong taát caû caùc loaïi maët caét, maët caét hình troøn laø maët caét coù lôïi nhaát veà thuûy löïc b. Maët caét hình thang coù lôi nhaát veà thuûy löc Neáu caùc maët caét hình thang cuøng moät dieän tích öôùt A, cuøng maùi doác m, thì maët caét hình thang naøo coù chu vi öôùt nhoû nhaát seõ laø maët caét coù lôïi nhaát veà thuûy löïc. Tæ soá giöõa b/h ñeå coù maët caét coù lôïi nhaát veà thuûy löïc ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: A A = (b + mh)h b = − mh h P = b + 2h 1+ m2 A P = − mh + 2h 1+ m2 m h A h dP A β = − − m + 2 1+ m2 dh h2 b dP A = 0 ⇒ − − m + 2 1+ m2 = 0 dh h2 A (b + mh)h h2 = h2 = 2 1+ m2 − m 2 1+ m2 − m b = 2( 1+ m2 − m) h Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  4. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 4 c. Thieát keá keânh - Xaùc ñònh löu löôïng Q ( möa, nhu caàu xaû nöôùc ) - Xaùc ñònh ñoä nhaùm n ( loaïi vaät lieäu loøng keânh ) - Xaùc ñònh ñoä doác i ( phuï thuoäc ñòa hình ) - Xaùc ñònh hình daïng maët caét phuï thuoäc yeâu caàu thieát keá ( hình troøn, hình thang, hình chöõ nhaät . ) - Xaùc ñònh kích thöôùc keânh : + Maët caét chöõ nhaät : xaùc ñònh b vaø h , phaûi cho b ñeå tìm h hoaëc ngöôïc laïi, hoaëc duøng ñieàu kieän b/h cuûa maët caét coù lôïi nhaát veà thuûy löïc + Maët caét hình thang : xaùc ñònh m döïa vaøo ñieàu kieän oån ñònh maùi doác. Xaùc ñònh b vaø h nhö tröôøng hôïp maët caét hình chöõ nhaät + Maët caét hình troøn : xaùc ñònh ñöôøng kính D döïa vaøo tæ soá ñoä saâu h/D cho pheùp trong coáng - Kieåm tra vaän toác trong keânh phaûi thoûa maõn : VKL < V < VKX h/D 1.0 0.9 A/Ang 0.8 K/Kng P/Png 0.7 V/Vng 0.6 R/Rng 0.5 0.4 0.3 B/D 0.2 0.1 0.0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 Ñoà thò duøng ñeå tính toaùn coáng troøn Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  5. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 5 CAÂU HOÛI TRAÉCNGHIEÄM: Caâu 1: Caâu naøo sau ñaây ñuùng: a) Doøng ñeàu chæ coù theå xaûy ra trong keânh laêng truï. b) Trong keânh laêng truï chæ xaûy ra doøng ñeàu. c) Doøng khoâng ñeàu chæ xaûy ra trong soâng thieân nhieân. d) Trong keânh coù dieän tích maët caét öôùt khoâng ñoåi thì luoân luoân coù doøng ñeàu Caâu 2: Doøng chaûy ñeàu trong keânh hôû coù: a) Ñöôøng naêng, ñöôøng maët nöôùc vaø ñaùy keânh song song nhau. b) Dieän tích maët caét öôùt vaø bieåu ñoà phaân boá vaän toác doïc theo doøng chaûy khoâng ñoåi. c) AÙp suaát treân maët thoaùng laø aùp suaát khí trôøi. d) Caû ba caâu treân ñeàu ñuùng. Caâu 3: Trong keânh coù maët caét hình troøn ñöôøng kính D: a) Vaän toác trung bình ñaït giaù trò cöïc ñaïi khi chieàu roäng maët thoaùng B = 0,90D. b) Vaän toác trung bình ñaït giaù trò cöïc ñaïi khi chieàu roäng maët thoaùng B = 0,78D. c) Vaän toác trung bình ñaït giaù trò cöïc ñaïi khi chieàu roäng maët thoaùng B = 0,46D. d) Vaän toác trung bình ñaït giaù trò cöïc ñaïi khi chieàu roäng maët thoaùng B = 0,25D. Veànhaøsuyluaän??? Caâu 4: Trong doøng chaûy ñeàu: a) Löïc ma saùt caân baèng vôùi löïc troïng tröôøng chieáu leân phöông chuyeån ñoäng. b) Löïc ma saùt caân baèng vôùi löïc quaùn tính. c) Löïc gaây neân söï chuyeån ñoäng laø löïc troïng tröôøng chieáu leân phöông chuyeån ñoäng. d) a vaø c ñeàu ñuùng. Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  6. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 6 Caâu 5: Trong keânh laêng truï coù löu löôïng khoâng ñoåi: a) Ñoä saâu doøng ñeàu taêng khi ñoä doác i giaûm. b) Ñoä saâu doøng ñeàu khoâng ñoåi ñoä doác i taêng. c) Ñoä saâu doøng ñeàu taêng khi ñoä doác i taêng. d) Caû 3 caâu treân ñeàu sai. Caâu 6: Maët caét keânh coù lôïi nhaát veà maët thuûy löïc : a) Coù theå aùp duïng ñoái vôùi keânh coù nhieàu loaïi maët caét khaùc nhau. b) Ñaït ñöôïc löu löôïng cöïc ñaïi neáu giöõ dieän tích maët caét öôùt laø haèng soá. c) Ñaït ñöôïc dieän tích maët caét öôùt toái thieåu neáu giöõ löu löôïng laø haèng soá. d)Caû ba caâu treân ñeàu ñuùng. Chương: DOØNG OÅN ÑÒNH KHOÂNG ÑEÀU BIEÁN ÑOÅI DAÀN TRONG KEÂNH HÔÛ Ta coù theå phaân 2 loaïi chuyeån ñoäng khoâng ñeàu trong keânh: - Chuyeån ñoäng khoâng ñeàu bieán ñoåi daàn. - Chuyeån ñoäng khoâng ñeàu bieán ñoåi gaáp. 2.1 CAÙC KHAÙI NIEÄM 2.1.1 Naêng löôïng rieâng cuûa maët caét: p α V 2 α V 2 Naêng löôïng toaøn phaàn E E = z + + = a + h cosθ + γ 2g 2g α V 2 E = a + h + ñoä doác ñaùy keânh nhoû cosθ = 1 2g vôùi maët chuaån naèm ngang ñi qua ñieåm thaáp nhaát cuûa maët Maët thoaùng caét ñoù. h h θ Naêng löôïng rieâng cuûa maët caét E0 a Ñaùy keânh α V 2 α Q2 E0 = h + = h + 2 0 0 2g 2gA Maët chuaån naèm ngang Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  7. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 7 α V 2 α Q2 E = h + = h + 0 2g 2gA2 h ñöôøng cong E0 = f(h) h Khi h →∞ E0 →∞ E0 → h Q = const Ñöôøng phaân giaùc thöù nhaát E0 = h, laø 1 ñöôøng tieäm caän hcr E Khi h → 0E→∞ o E 0 0 0min E0 Bieán thieân cuûa E0 theo h Truïc hoaønh E0 laø 1 ñöôøng tieäm caän 2.1.3 Ñoä saâu phaân giôùi ( hcr): Ñoä saâu phaân giôùi hcr laø ñoä saâu ñeå cho naêng löôïng rieâng cuûa maët caét ñoù ñaït giaù trò cöïc tieåu. ⎛ dE ⎞ ⎜ 0 ⎟ = 0 dh dA/dh = B ⎝ ⎠h=hcr dE d ⎛ α Q2 ⎞ α Q2 ⎛ 2 dA ⎞ 0 = ⎜h + ⎟ = 1 − ⎜ 2 ⎟ ⎜ 3 ⎟ dh dh ⎝ 2gA ⎠ 2g ⎝ A dh ⎠ dE α Q2 B phöông trình tính α Q 2 B A3 α Q2 0 1 − = 0 cr = = 1 − 3 3 dh gA ñoä saâu phaân giôùi: gA Bcr g Trong ñoù : Acr vaø laø dieän tích maët caét öôùt , Bcr beà roäng maët thoaùng tính vôùi ñoä saâu phaân giôùi hcr. α Q2 α q2 3 3 Keânh hình chöõ nhaät: vì A = bh vaø B = b hcr = 2 = neân gb g q = Q/b: löu löôïng treân 1 ñôn vò beà roäng keânh goïi laø löu löôïng ñôn vò 2α Q2 2 5 Keânh tam giaùc caân: vì A = mh vaø B = 2mh neân hcr = gm2 Keânh hình thang: coâng thöùc gaàn ñuùng σ α Q2 ⎛ N 2 ⎞ mhcrCN h = 3 hcr = ⎜1 − + 0,105σ N ⎟ hcrCN trong ñoù σ = crCN 2 ⎝ 3 ⎠ N b gb Keânh hình troøn: ta coù theå aùp duïng coâng thöùc gaàn ñuùng 0,25 1,01 ⎛αQ2 ⎞ h h = ⎜ ⎟ vôùi ñieàu kieän 0,02 ≤ cr ≤ 0,85 cr 0,26 ⎜ ⎟ d ⎝ g ⎠ d 2.1.4 Soá Froude α Q2B ⎛ löïc quaùn tính ⎞ Fr2 = ⎜tæ leä vôùi tæ soá ⎟ 3 ⎜ ⎟ gA ⎝ troïng löïc ⎠ α - Heä soá söûa chöõa ñoäng naêng. B - Chieàu roäng maët thoaùng gA Nếugọi: C = vaän toác truyeàn soùng nhieãu ñoäng nhoû trong nöôùc tónh B soá Froude theå hieän tæ soá giöõa vaän toác trung bình cuûa doøng chaûy vaø vaän toác truyeàn soùng. Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  8. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 8 2.1.5 Ñoä doác phaân giôùi Ñoä doác phaân giôùi icr laø ñoä doác cuûa moät keânh laêng tru,ï öùng vôùi moät löu löôïng cho tröôùc, ñoä saâu doøng chaûy ñeàu trong keânh h0 baèng vôùi ñoä saâu phaân giôùi hcr. Xaùc ñònh icr Q = C0 A0 R0i = Ccr Acr Rcricr -Neáu i hcr. 2 3 2 3 A α Q A α (AcrCcr Rcricr ) -Neáu i >i thì h h Fr 0 ∂h Phaân ∂E h = hcr Fr = 1 V = C 0 = 0 giôùi ∂h Xieát h 1 V > C ∂E cr 0 1 Nöôùc tónh Chaûy eâm Chaûy phaân giôùi Chaûy xieát Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  9. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 9 2.2 PHÖÔNG TRÌNH VI PHAÂN CÔ BAÛN CUÛA DOØNG OÅN ÑÒNH, KHOÂNG ÑEÀU BIEÁN ÑOÅI DAÀN TRONG KEÂNH HÔÛ p αV 2 αV 2 E = z + + = a + h + γ 2g 2g dhl Ñöôøng naêng dE da dh d ⎛ αV 2 ⎞ dh d ⎛ αV 2 ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ − J = = + + ⎜ ⎟ = −i + + ⎜ ⎟ dz ds ds ds ds ⎝ 2g ⎠ ds ds ⎝ 2g ⎠ Ñöôøng maët V h nöôùc Xem qui luaät toån thaát doïc ñöôøng cuûa doøng khoâng ñeàu = doøng ñeàu z a => J ñöôïc tính theo coâng thöùc Cheùzy: ds 0 0 Maët chuaån V 2 Q2 Q2 J = = = C2 R A2C2 R K 2 2 2 d ⎛αV 2 ⎞ d ⎛ αQ2 ⎞ αQ2 dA d ⎛ αV ⎞ αQ ⎛ ∂A dh ⎞ ⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ = − ⎜ ⎟ = − ⎜ + B ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ 2 ⎟ 3 ds ⎜ 2g ⎟ 3 ∂s ds ds ⎝ 2g ⎠ ds ⎝ 2gA ⎠ gA ds ⎝ ⎠ gA ⎝ ⎠ dA ∂A ∂A dh ∂A dh A = f{s,h(s)} = + = + B ds ∂s ∂h ds ∂s ds Q2 dh αQ2 ⎛ ∂A dh ⎞ = i − + ⎜ + B ⎟ A2C 2 R ds gA3 ⎝ ∂s ds ⎠ Q2 Q2 ⎛ α C 2 R ∂A ⎞ i − i − ⎜1 − . ⎟ dh 2 2 i − J A2C 2 R ⎜ gA ∂s ⎟ = A C R = dh ⎝ ⎠ ∂ ∂ 2 2 = laêng truï, A/ s = 0 ds α Q B 1 − Fr ds α Q2 B 1 − 1 − gA3 gA3 2.3 CAÙC DAÏNG ÑÖÔØNG MAËT NÖÔÙC TRONG KEÂNH LAÊNG TRUÏ 2.3.1 Tröôøng hôïp keânh coù ñoä doác thuaän i > 0 Moñun löu löôïng K K = K(h) = CA R K = C A R ÖÙng vôùi ñoä saâu doøng ñeàu h0 0 0 0 0 Q = K 0 i ÖÙng vôùi ñoä saâu doøng khoâng ñeàu h K = CA R Q = K J Q2 i − dh A2C 2 R i − J 2 2 = = dh 1 − K 0 K 2 2 = i ds α Q B 1 − Fr 2 1 − ds 1 − Fr gA3 a. Tröôønghôïpkeânhlaøi: 0 < i < icr N Möïc nöôùc treân khu a aI I F b K I B B F W N h0 F cI W K h 0 < i < icr cr Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  10. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 10 a. Tröôøng hôïp keânh laøi: 0 0 cr Fr2 0 dh > 0 ñöôøng nöôùc daâng ds K > ∞ ts > 1 dh h > ∞ > i Fr2 > 0 ms > 1 ds ñöôøng maët nöôùc naèm ngang K > Ko ts > 0 dh h > h >0 o Fr2 0 ds ñöôøng maët nöôùc tieäm caän vôùi ñöôøng N-N 2 2 N a dh 1− K K ts I = 0 i = i F 2 ms b ds 1− Fr K I B B F W N Möïc nöôùc treân khu bI : hcr 1 ts 0 dh Ko ts > 0 dh h > h >0 o Fr2 0 ds ñöôøng maët nöôùc tieäm caän vôùi ñöôøng N-N K h > -∞ cr Fr2 >1 ms > 0+ ds ñöôøng maët nöôùc thaúng goùc vôùi K-K Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  11. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 11 N aI F 2 2 dh 1− K K ts bI 0 = i K B B = 2 i F ds 1− Fr ms W N h0 F cI Möïc nöôùc treân khu cI : h 1 ts 1 ms 0 ñöôøng nöôùc daângï ds K h > +∞ cr Fr2 >1 ms > 0- ds ñöôøng maët nöôùc thaúng goùc vôùi K-K b. Tröôøng hôïp keânh doác: 0 0 0 0 dh > 0 ñöôøng nöôùc daâng ds K > ∞ ts > 1 dh h > ∞ > i Fr2 > 0 ms > 1 ds ñöôøng maët nöôùc naèm ngang K > Ko ts > 0 dh h > h > ∞ cr Fr2 > 1 ms > 0 + ds ñöôøng maët nöôùc thaúng goùc ñöôøng K-K Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  12. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 12 Töông töï vôùi caùc tröôøng hôïp coøn laïi Baûng toùm taét N a I F B B b w K I B B K F a W N II h0 w F c N I bII K h K 0 W hcr h 0 < i < icr cr cII N icr < i a K III b w N w 0 K K c K III N c w w hc 0 r icr=i i = 0 b’ w Nhaän xeùt K K w Ñöôøng nöôùc haï chæ coù ôû khu b c’ hcr Ñöôøng nöôùc daâng ôû caùc khu coøn laïi (a, c) i <0 2.4 TÍNH TOAÙN VAØ VEÕ ÑÖÔØNG MAËT NÖÔÙC TRONG KEÂNH Phöông phaùp sai phaân höõu haïn. αV 2 E = a + h + = a + E 1 2 2g o V1 dE da dE h V2 h = + o 1 2 ds ds ds i 0 0 dE ΔS − j = −i + o ds dE ΔE o = i − J Sai phaân o = i − J ds Δs ⎛ V 2 ⎞ ⎛ V 2 ⎞ ⎜ 2 ⎟ ⎜ 1 ⎟ ⎜h2 + ⎟ − ⎜h1 + ⎟ ΔE E02 − E01 ⎝ 2g ⎠ ⎝ 2g ⎠ Δs = o Δs = Δs = i − J i − J i − J Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  13. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 13 Caùch tính toaùn ⎛ V 1 ⎞ ⎛ V 1 ⎞ ⎜h + 2 ⎟ − ⎜h + 1 ⎟ ⎜ 2 2g ⎟ ⎜ 1 2g ⎟ Δs = ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ i − J Bieát: Löulöôïng(Q), hìnhdaïngmaëtcaét, ñoä doác (i), ñoä nhaùm (n), ñoä saâu h1 taïi maët caét ñaàu ( hoaëc cuoái) h1 Bieát V1 Gia söû h2 Q h1 Giaû söû h2 h2 i, n V s 2 ΔS Xaùc ñònh h +Δh h + h 2 h = 1 1 2 Sau khi xaùc ñònh ñöôïc Δ S , töông töï gæa söû h3 vaø 2 2 J = Q / K xaùc ñònh Δ S giöõa h2 vaø h3 . Laäp laïi trình töï tính toaùn seõ xaùc ñònh ñöôïc vò trí caùc ñoä saâu h4, h5 töø ñoù veõ Δ S ñöôïc ñöôøng maët nöôùc TRAÉC NGHIEÄM Caâu 1. Moät keânh coù ñoä doác i > icr, soá Froude Fr > 1. Doøng chaûy trong keânh ôû traïng thaùi: a) Chaûy xieát b) Chaûy eâm. c) Chaûy xieát neáu h hcr Caâu 2. Ñoä saâu phaân giôùi trong keânh: a) Nhoû hôn ñoä saâu doøng ñeàu khi ñoä doác keânh i > icr. b) Baèng ñoä saâu doøng ñeàu khi ñoä doác keânh i = icr. c) Lôùn hôn ñoä saâu doøng ñeàu khi ñoä doác keânh i icr, ñoä saâu nöôùc trong keânh h > h0. Doøng chaûy trong keânh ôû traïng thaùi: a) Luoân chaûy xieát b) Chaûy xieát neáu h hcr Caâu 4. Moät keânh coù ñoä doác i > icr, ñoä saâu nöôùc trong keânh h < h0. a) Ñoä saâu nöôùc giaûm doïc theo chieàu daøi keânh. b) Naêng löôïng rieâng cuûa maët caét taêng doïc theo chieàu daøi keânh. c) Naêng löôïng rieâng cuûa maët caét giaûm doïc theo chieàu daøi keânh. d) Caû 2 caâu a) vaø c) ñeàu ñuùng. Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  14. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 14 Chöông: NÖÔÙC NHAÛY 3.1 KHAÙI NIEÄM Nöôùc nhaûy laø moät hieän töôïng xaõy ra khi doøng chaûy ñi töø chaûy xieát sang chaûy eâm. Hieän töôïng nöôùc nhaûy taïo ra moät cuoän xoùay laøm bieán ñoåi ñoät ngoät từ ñoä saâu chaûy xieát (h’ hcr). Chaûy xieát Nöôùc nhaûy Chaûy eâm 2 C K K a h” 1 hh B V hcr A 2 V1 h’ ln l 1 2 sn Sô ñoà nöôùc nhaûy Taïi sao nöôùc nhaûy xuaát hieän ?: h E0(h) h” K hcr C h” h’ V1 h’ E E = E i= 0 0min E0”E0’ 0 αV 2 Khaûo saùt cho tröôøng hôïp i = 0 Naêng löôïng rieâng = E = E0 = + h 2g Maët chuaån laø ñaùy keânh Naêng löôïng toøan phaàn TöøbieåuñoàE(h) chothaáynaêng Khoâng theå xaõy ra vì naêng Nöôùc löôïng seõ taêng töø E ñeán E” khi löôïng theo doøng chaûy chæ coù min nhaûy ñoä saâu taêng töø hcr ñeán h”. theå giaûm khoâng theå taêng Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  15. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 15 ÖÙng duïïng nöôùc nhaûy : Nöôùc nhaûy taïo ra moät cuoän xoùay maõnh lieät neân doøng chaûy qua nöôùc nhaûy seõ bò tieâu hao naêng löôïng khaù lôùn. Trong xaây döïng duøng nöôùc nhaûy ñeå tieâu hao naêng löôïng sau coâng trình ñeå traùnh xoùi lôû. 3.2 PHÖÔNG TRÌNH NÖÔÙC NHAÛY Giaû thieát: C − i = 0 - Maët caét tröôùc vaø sau nöôùc nhaûy K yC2 ñöôøng doøng thaúng song song - - > C2 A S h” P phaân boá aùp suaát theo qui luaät thuûy yC1 2 h’ C G P1 T tónh 1 - Boû qua ma saùt ñaùy keânh B D Sô ñoà tính nöôùc nhaûy AÙp duïng nguyeân lyù ñoäng löôïng cho theå tích ABCD, chieáu treân phöông s: ρQ()α02V2 − α01V1 = T0 + Gs + Rs + P1s + P2s V1 , V2 vaän toác trung bình cuûa doøng chaûy taïi maët caét AB, CD To : löïc ma saùt treân loøng keânh => 0 Gs : troïng löôïng khoái nöôùc treân phöông S => 0 Rs : phaûn löïc ñaùy treân phöông S => 0 P1S vaø P2S : aùp löïc nöôùc taïi h’ vaø h” P1s = γ yC1A1 Aùp suaát phaân boá theo qui luaät thuûy tónh P2s = γ yC2A 2 Vôùi α01 = α02 = α0 α Q2 α Q2 0 + y A = 0 + y A α ρQ()V2 − V1 = γ y A1 − γ y A 2 C 2 2 C1 1 0 C1 C2 gA2 gA1 Phöông trình nöôùc nhaûy Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  16. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 16 3.3 HAØM NÖÔÙC NHAÛY B E0(h) α Q2 Θ()h = 0 + y A dh x gA C h” yC Θ(h) dΘ Q 2 dA d = − + ()y A = 0 2 C C dh gA dh dh h C1 hcr C trong ñoù: dA d h’ dA ()y A vôùi = B vaø C Θ E min 0min Θ, E0 dh dh ΔEn Bieán thieân cuûa E0 vaø Θ theo h (ycA) laø moment tónh cuûa dieän tích A so vôùi truïc x ñöôïc xaùc ñònh: Khi h bieán thieân moät ñaïi löôïng dh thì A bieán thieân moät ñaïi löôïng dA dh -> moment tónh cuûa maët caét môùi (A+dA) ñ/v maët thoùang (y + dh)A + dA c 2 Δh Δh (yc + Δh)A + ΔA − ()yc A ΔhA + ΔA d()yc A 2 ΔA = lim = 2 = (A + ) = A dh Δh→0 Δh lim lim Δh→0 Δh Δh→0 2 α Q 2 A 3 α Q2 − 0 B + A = 0 = 0 α =α thì cöïc tieåu cuûa haøm nöôùc 2 o gA B g nhaûy truøng vôùi cöïc tieåu cuûa haøm naêng löôïng rieâng. Θ = Θ min h=hcr 3.4 TÍNH TOAÙN NÖÔÙC NHAÛY 3.4.1. Chieàu saâu nöôùc nhaûy: α Q2 α Q2 0 + y A = 0 + y A Töø phöông trình nöôùc nhaûy C 2 2 C1 1 gA2 gA1 α Q2 Suy ra khi nöôùc nhaûy xuaát hieän thì haøm nöôùc nhaûy Θ()h = 0 + y A gA C taïi maët caét tröôùc vaø sau nöôùc nhaûy seõ baèng nhau: Θ(h1 ) = Θ(h2 ) Do ñoù : Neáu bieát h’ A1 yc1 Θ1 yes Giaû thieát Θ = Θ stop h” A2 yc2 Θ2 1 2 no αq2 Tröôøng hôïp ñaëc bieät: Keânh hình chöõ nhaät: A = bh ; y = h 2 ; q = Q b; h = 3 c cr 2g 2 ⎛ 2 2 ⎞ 3 2 α 0 Q α 0 q h ⎛ hcr h ⎞ Θ()h = + y A = b ⎜ + ⎟ = b⎜ + ⎟ c ⎜ ⎟ ⎜ h 2 ⎟ gA ⎝ gh 2 ⎠ ⎝ ⎠ 3 2 3 2 ⎡ 3 ⎤ ⎡ 3 ⎤ ⎛ h cr h′ ⎞ ⎛ h cr h′′ ⎞ ′ h h′′ ⎛ h ⎞ ⎜ + ⎟ = ⎜ + ⎟ h ⎢ ⎛ cr ⎞ ⎥ ⎢ cr ⎥ b⎜ ⎟ b⎜ ⎟ h′′ = 1 + 8 ⎜ ⎟ − 1 h′ = 1+ 8 ⎜ ⎟ −1 h′ 2 h′′ 2 2 ⎢ ⎝ h′ ⎠ ⎥ 2 ⎢ ⎝ h′′ ⎠ ⎥ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  17. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 17 Coâng thöùc gaàn ñuùng maët cho caét baát kyø: Khi h”< 5 hcr moät caùch gaàn ñuùng chieàu saâu noái tieáp coù theå xaùc ñònh theo coâng thöùc cuûa A. N. Rakhmanov 1,2 h 2 h′′ = cr h′ + 0,2 h cr h2 h′ = 1,2 cr − 0,2 h h′′ cr 3.4.2 Toån thaát naêng löôïng nöôùc nhaûy: ΔEn = E1 − E2 ⎛ α V 2 ⎞, ⎛ α V 2 ⎞ ⎜ ′ 1 1 ⎟ ⎜ ′′ 2 2 ⎟ = ⎜h + ⎟ − ⎜h + ⎟ ⎝ 2g ⎠ ⎝ 2g ⎠ ⎛ α Q2 ⎞ ⎛ α Q2 ⎞ = ⎜h′ + 1 ⎟ − ⎜h′′ + 2 ⎟ ⎜ 2 ⎟ ⎜ 2 ⎟ ⎝ 2gA1 ⎠ ⎝ 2gA 2 ⎠ Ñoái vôùi keânh chöõ nhaät: ()h′′ − h′ 3 a 3 ΔE = = vôùi a = h′′ − h′ n 4h′h′′ 4h′h′′ 3.4.3 Chieàu daøi nöôùc nhaûy ( ln): Ñoái vôùi keânh chöõ nhaät: Safranez (1934): ln = 4,5h′′ Bakhmetiev vaø Matzke (1936): ln = 5(h′′ − h′) 1,01 Silvester (1965): ln = 9,75h′ (Fr1 −1) Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  18. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 18 3.5 CAÙC DAÏNG NÖÔÙC NHAÛY KHAÙC 3.5.1 Nöôùc nhaûy ngaäp Khi maët caét tröôùc nöôùc nhaûy hoaøn chænhbòngaäpthìta coùnöôùcnhaûyngaäp. A B K K hh hng h”C a hc A’ B’ Nöôùc nhaûy ngaäp h ⎛ h ⎞ ng 2 ⎜ h ⎟ = 1 + 2Frh ⎜1 − ⎟ h h ⎝ h C ⎠ V 2 2 h laø soá Froude öùng vôùi ñoä saâu haï löu h vaø V laøvaäntoácôûhaïlöu Frh = h h ghh Theo Smetana, chieàu daøi nöôùc nhaûy ngaäp ñöôïc tính: lnn = 6(h h − hC ) Chöông: DOØNG CHAÛY QUA COÂNG TRÌNH PHAÀN I DOØNG CHAÛY QUA ÑAÄP TRAØN Ñaäp traøn laø moät coâng trình ngaên doøng chaûy vaø cho doøng chaûy qua ñænh ñaäp. Ñaäp traøn ñöôïc duøng ñeå kieåm soaùt möïc nöôùc vaø löu löôïng. Ñaäp traøn thaønh moûng Coù 3 loaïi ñaäp traøn thoâng duïng Ñaäp traøn maët caét thöïc duïng Ñaäptraønñænhroäng Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  19. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 19 4.1 ÑAÄP TRAØN THAØNH MOÛNG δ < 0,67H 4.1.1 Coâng thöùc tính löu löôïng AÙp duïng phöông trình naêng löôïng hoaëc duøng phöông phaùp phaân tích thöù nguyeân: H Q = mb 2gH 3/ 2 o 0,67H Vo m : heä soá löu löôïng δ < 0,67H b : beà roäng ñaäp traøn Ñaäp traøn thaønh moûng αV 2 H = H + 0 0 2g Vo: Vaän toác tieán gaàn 3 / 2 2 3/ 2 ⎛ αVo ⎞ Neáu thay m = m⎜1 + ⎟ Q = mob 2gH o ⎜ 2gH ⎟ ⎝ ⎠ o mo coù theå ñöôïc tính theo coâng thöùc 2 ⎛ 0,003 ⎞ ⎡ ⎛ H ⎞ ⎤ Bazin mo = ⎜0,405 + ⎟ ⎢1+ 0,55⎜ ⎟ ⎥ H ⎜ H + P ⎟ ⎝ ⎠ ⎣⎢ ⎝ 1 ⎠ ⎦⎥ Vôùi phaïm vi : 0,2 m <b < 2 m 0,24 m < P1< 1,13 0,05 < H < 1,24 4.2 ÑAÄP TRAØN MAËT CAÉT THÖÏC DUÏNG δ 0,67h < δ < 2 ÷ 3H H P 1 P Caûi tieán cuûa ñaäp traøn maët caét thöïc duïng Ñaäp traøn Creager -Ophixeâroáp Ñaäp traøn maët caét thöïc duïng Quõi ñaïo tia nöôùc rôi Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  20. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 20 4.2.1 Caùc traïng thaùi chaûy (i) chaûy töï do (ii) chaûy ngaäp Z H H hh P 1 P P hh Chaûy töï do Chaûy ngaäp Ñieàu kieän chaûy ngaäp: Z hh > P H hh ⎛ Z ⎞ ⎛ Z ⎞ ⎜ ⎟ < ⎜ ⎟ P1 P ⎝ P ⎠ ⎝ P ⎠ pg ⎛ z ⎞ H Trò soá ⎜ ⎟ phuï thuoäc vaøo (phuï luïc 4). ⎝ P ⎠ pg P 4.2.2 Coâng thöùc tính löu löôïng 3/ 2 Q = mb 2gHo Trongthöïcteádo chieàuroängñaäplôùn Beà roäng ñaäp b ñöôïc chia thaønh nhieàu nhòp moátruïgiöõavaømoábeân Q = mε b 2gH 3/ 2 ∑ o doøng chaûy seõ bò co heïp ngang ε : Heä soá co heïp beân do aûnh höôûng cuûa truï giöõa vaø moá beân ξ + (n −1)ξ H ε =1− 0,2 mb mt o n b ξmb: Heä soá co heïp do moá beân ξmb: Heä soá co heïp do moá beân n: Soá nhòp ñaäp ξ = 1 ξ = 0,7 ξ = 0,8 ξ = 0,45 ξ = 0,25 b: Beà roäng moãi nhòp mb mb mt mt mt Heä soá co heïp do moá truï vaø moá beân Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  21. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 21 3/ 2 Q = mε ∑b 2gHo m : heä soá löu löôïng m = mtc.σhd.σH mtc: Heä soá löu löôïng tieâu chuaån Ñaäp traøn loaïi Creager mtc = 0,48 ÷ 0,5 phuï luïc .4.3 Ñaäp traøn hình ña giaùc mtc = 0,3 ÷ 0,45 σH: Heä soá ñieàu chænh do coät nöôùc traøn H khaùc vôùi coät nöôùc thieát keá (Htk). H > Htk : Ñaäp coù chaân khoâng σH > 1 phuï luïc 4.4 H = Htk : σH = 1 H < Htk : Ñaäp khoâng coù chaân khoâng σH < 1 σ : Heä soá ñieàu chænh do thay ñoåi hình daïng ñaäp so vôùi hình hd phuï luïc 4.5 daïng tieâu chuaån 4.3 ÑAÄP TRAØN ÑÆNH ROÄNG δ 3H < δ < 8H 1 H0 H h P 4.3.1 Caùc traïng thaùi chaûy 1 1 (i) chaûy töï do (ii) chaûy ngaäp Z1 Z2 H0 1 H H 0 H hn h KKh hh P P P 1 1 1 Chaûy töï do Chaûy ngaäp Caùc traïng thaùi chaûy qua ñaäp traøn ñænh roäng Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  22. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 22 Ñieàu kieän chaûy ngaäp Z1 Z2 hh > P H 0 H hn KKh h ⎛ h ⎞ hh n > ⎜ n ⎟ = 0,75÷0,85 H ⎜ H ⎟ P1 P o ⎝ o ⎠ pg 4.3.2 Coâng thöùc tính löu löôïng Chaûy ngaäp Tröôøng hôïp chaûy khoâng ngaäp Vieát phöông trình naêng löôïng cho 2 maët caét 0-0 vaø 1-1 2 αV 2 αV V 2 H = o + H = + h + h h = Σξ o 2g 2g f f 2g δ 1 V = 2g()Ho − h α + ∑ξ 1 H0 H h V = ϕ 2g()H − h P o 1 1 Q = ϕA 2g(H o − h) Khi cöûa ñaäp hình chöõ nhaät: Q = ϕbh 2g(H o − h) TS. Huỳnh công Hoài –BM Cơ lưuChất - ĐHBK tp HCM – Toùm taét baøi giaûng Q = ϕbh 2g(H o − h) Ta coù theå bieán ñoåi ñöa veà daïng nhö sau: h h 3/ 2 Q = ϕb 2g(1− ).H o H o Ho h k = 3/ 2 Ñaët Q = ϕbk 1− k. 2gHo H o 3/ 2 Ñaët m = ϕk 1− k Q = mb 2gHo m: heä soá löu löôïng cuûa ñaäp traøn ñænh roäng phuï luïc 4.6 ϕ: heä soá löu toác phuï luïc 4.7 m = ϕk 1− k Töø Neáu bieát m vaø ϕ coù theå suy ra k (k1 vaø k2) phuï luïc 4.7 Coùø k suy ra h (ñoä saâu treân ñænh ñaäp) Chuù yù: k1 cho h öùng vôùi doøng chaûy xieát treân ñænh ñaäp k2 cho h öùng vôùi doøng chaûy eâm treân ñænh ñaäp Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  23. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 23 Tröôøng hôïp chaûy ngaäp: Chöùng minh töông töï Q = ϕn A 2g(H o − h) Tröôøng hôïp cöûa ñaäp hình chöõ nhaät: Q = ϕnbh 2g(Ho − h) PHAÀN 2: DOØNG CHAÛY QUA COÁNG Coáng laø teân chung ñeå chæ caùc coâng trình ñieàu khieån möïc nöôùc hay löu löôïng. (i) coáng loä thieân (ii) coáng ngaàm 4.4 COÁNG LOÄ THIEÂN Coáng loä thieân laø loaïi coáng khoâng coù traàn hoaëc voøm Töï do Cheá ñoä chaûy: Chaûy ngaäp 0 Nöôùc chaûy ngaäp H0 H C hh hh a hc a hc hng 0 C Chaûy töï do Chaûy ngaäp Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  24. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 24 Xaùc ñònh traïng thaùi chaûy Giaû söû nöôùc nhaûy taïi maët caét co heïp h’ = hc h” Neáu h” > hh Nöôùc nhaûyphoùng xa -> Chaûy töï do h” Chaûy ngaäp 4.4.1 Coâng thöùc tính löu löôïng chaûy qua coáng loä thieân: Chaûy töï do Vieát phöông trình naêng löôïng cho 2 maët caét 0-0 vaø c-c: αV 2 V 2 H = h + c + Σξ c 0 o c 2g c 2g 1 V = 2g(H h ) c 2g(H o − hc ) = ϕ o − c α + ∑ξ C hh a hc Q = Vc × A = ϕ.A 2g(H o − hc ) 0 C Tröôøng hôïp maët caét coáng chöõ nhaät: Chaûy töï do Q = ϕ.bhc 2g(Ho − hc ) ε : heä soá co heïp hc = εa Q = ϕ b εa 2g(Ho − ε.a) phuï luïc.4.8 Chaûûy ngaäp Giaû thieát raèng aùp suaát treân maët caét co heïp phaân boá theo quy luaät tónh Vieát phöông trình naêng löôïng cho hai maët caét 0-0 vaø c-c Nöôùc chaûy ngaäp 2g(H − h ) Vc = ϕ × o ng H0 H hh Q = V × A = ϕ.b ε a 2g(H o − hng ) c a hc hng Chaûy ngaäp hng : xaùc ñònh theo coâng thöùc nöôùc nhaûy ngaäp trong chöông 3 Khi ñoä môû coáng a khaù nhoû hôn so vôùi ñoä saâu hh, thì xuaát hieän nöôùc ngaäp laëng hng = hh Gaàn ñuùng coù theå laáy hng = hh Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  25. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 25 4.5 COÁNG NGAÀM Ñöôïc xaây döïng qua ñeâ, ñaäp hoaëc döôùi ñöôøng coù maët caét kheùp kín Coáng ngaàm thöôøng coù maët caét hình troøn hoaëc hình chöõ nhaät 4.5.1 Traïng thaùi chaûy trong coáng ngaàm - Chaûy khoâng aùp K K N Möïc nöôùc thöôïng haï löu N thaáp hôn ñænh coáng - Chaûy baùn aùp Möïc nöôùc thöôïng löuï cao K hônñænhcoáng K Möïc nöôùc haï löu thaáp hôn ñænh coáng - Chaûy coù aùp Möïc nöôùc thöôïng haïlöu cao hôn ñænh coáng 4.5.2 Coâng thöùc tính toaùn a. Chaûy khoâng aùp: Chieàu daøi coáng L < 8H Tínhtoùannhöchaûyqua ñaäp traøn ñænh roäng b. Chaûy baùn aùp: Tínhtoùannhöchaûyqua ñaäp coáng loä thieân (hôû) a Khoûang caùch töø cöûa coáng ñeán maët caét co hc heïp coù theå ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc thöïc nghieäm sau Lvaøo Lvaøo = 1,4 a Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  26. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 26 c. Chaûy coù aùp: Ztl Tínhtoùannhöchaûyqua Z Zh moät oáng ngaén coù aùp Vo Zd 2gZ D Q = ϕc.A. o V 2 Z = Z + α o o 2g A: Tieát dieän ñaày coáng Z: Cheânh leäch möïc nöôùc thöôïng haï löu ϕc: Heä soá löu toác qua coáng ξc: Heä soá toån thaát cuïc boä 1 L: Chieàu daøi coáng ϕ = c 2gL R: Baùn kính thuûy löïc maët caét α + ξ + ∑ c C 2 R thaúng ñöùng coáng C: Heä soá Chezy Zh > Zd - D/2 Z = Ztl - Zh Z > Z - D/2 h d Z = Ztl –(Zh-D/2) CAÂU HOÛI TRAÉC NGHIEÄM Caâu 1. Doøng chaûy qua ñaäp traøn thöïc duïng, ôû cheá ñoä chaûy ngaäp, coù: a) Möïc nöôùc haï löu cao hôn ngöôõng ñaäp traøn b) Doøng chaûy qua ñaäp traøn laø chaûy eâm c) Möïc nöôùc haï löu aûnh höôûng tôùi löu löôïng qua ñaäp traøn d) Caû 3 caâu ñeàu ñuùng Caâu 2. Doøng chaûy qua coáng hôû (loä thieân), ôû cheá ñoä chaûy töï do, coù: a) Nöôùc nhaûy ngaäp b) Nöôùc nhaûy töï do c) Doøng chaûy qua cöûa coáng ôû cheá ñoä chaûy eâm d) Caû 3 caâu ñeàu sai. Caâu 3. AÙp suaát treân beà maët ñaäp traøn Creager: a) Baèng aùp suaát khoâng khí. b) Laø aùp suaát chaân khoâng khi coät nöôùc treân ngöôõng traøn cao hôn coät nöôùc thieát keá. c) Lôùn hôn aùp suaát khoâng khí khi coät nöôùc treân ngöôõng traøn cao hôn coät nöôùc thieát keá. d) Caû 3 caâu ñeàu sai. Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  27. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 27 Caâu 4. Trong coâng thöùc tính löu löôïng qua coáng ngaàm khi chaûy coù aùp, heä soá löu löu toác ñöôïc tính 2gL ϕ=1/(1+Σξ + ) c C2R , trong ñoù toån thaát doïc ñuôøng chaûy trong coáng ñöôïc tính vôùi ñieàu kieän doøng chaûy trong coáng laø: a) Chaûy roái thaønh trôn thuûy löïc b) Chaûy roái thaønh nhaùm thuûy löïc c) Chaûy roái thaønh hoaùn toaùn nhaùm d) Cho taát caû traïng thaùi chaûy Caâu 10. Neáu cuøng moät ñoä saâu H tröôùc ñænh ñaäp vaø cuøng beà roäng b, doøng chaûy qua ñaäp laø chaûy töï do thì loaïi ñaäp cho löu löôïng lôùn nhaát laø : a) Ñaäp traøn thaønh moûng b) Ñaäp traøn maët caét thöïc duïng c) Ñaäp traøn ñænh roäng d) Caû 3 ñeàu baèng nhau Ñaäp traøn thaønh moûng Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  28. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 28 Ñaäp traøn thaønh moûng hình tam giaùc Ñaäp traøn maët caét thöïc duïng Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  29. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 29 Coáng loä thieân Coáng ngaàm maët caét hình troøn Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  30. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 30 Coáng ngaàm maët caét hình hoäp Coáng ngaàm maët caét hình hoäp Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  31. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 31 CHÖÔNG NOÁI TIEÁP VAØ TIEÂU NAÊNG PHAÀN 1. NOÁI TIEÁP DOØNG CHAÛY ÔÛ HAÏ LÖU COÂNG TRÌNH Doøng chaûy töø thöôïng löu qua ñaäp traøn hay qua Noái tieáp chaûy ñaùy coáng ñöôïc noái tieáp vôùi keânh daãn ôû haï löu baèng hai hình thöùc Noái tieáp chaûy maët Noái tieáp chaûy ñaùy Noái tieáp chaûy maët Vaän toác lôùn xuaát hieän ôû ñaùy Vaän toác lôùn xuaát hieän ôû beà maët 5.1 NOÁI TIEÁP CHAÛY ÑAÙY 5.1.1 Caùc daïng noái tieáp chaûy ñaùy c h Hng h hc c Nöôùc nhaûy phoùng xa Nöôùc nhaûy ngaäp 5.1.2 Coâng thöùc tính toaùn 0 Vieát phöông trình naêng löôïng cho 2 maët caét 0- 0 vaø c-c. H 2 2 αV0 α cVc H + P + = E0 = hc + + hf 2g 2g V0 2 α cVc P c h = Σξ Toån thaát naêng löôïng hh f 2g h 1 0 c Vc = 2g()Eo − hc = ϕ 2g(Eo − hc ) Maët chuaån αc + Σξ Maët caét hình chöõ nhaät thöû daàn Nhaûy ngaäp Q = ϕbh 2g()E − h h h” So saùnh h c 0 c c c h Nhaûy töï do Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  32. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 32 5.2. NOÁI TIEÁP CHAÛY MAËT Noái tieáp chaûy maët thöôøng gaëp trong ñieàu kieän coâng trình coù baäc thaúng Noái tieáp chaûy maët Möïc nöôùc haï löu daâng leân Noái tieáp chaûy maët ñaùy khoâng ngaäp Möïc nöôùc haï löu daâng cao Noái tieáp chaûy maët ñaùy ngaäp Möïc nöôùc haï löu tieáp tuïc daâng cao Noái tieáp chaûy maët ngaäp PHAÀN 2. TIEÂU NAÊNG ÔÛ HAÏ LÖU COÂNG TRÌNH Ñoaïn chaûy xieát Noái tieáp chaûy ñaùy Giaûm Ñöa nöôùc Khi noái tieáp chaûy ñaùy thöôøng Coâng trình chieàu daøi nhaûy taïi gaây xoùi lôû treân moät ñoaïn daøi tieâu naêng ñoaïn chaûy chaân coâng sau coâng trình xieát trình Beå tieâu naêng Töôøng tieâu naêng Beå töôøng keát hôïp Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  33. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 33 5.3 BEÅ TIEÂU NAÊNG Nguyeân taéc tính toaùn : 2 Vo /2g Ñoä saâu d sao cho h2 laø ñoä saâu sau nöôùc nhaûy cuûa h 2 c H V2 /2g ΔZ Phöông phaùp tính toaùn : E h P V2 H02 h : xaùc ñònh töø phaàn tính toaùn doøng chaûy h c h2 d ñaùy hc ⎡ 3 ⎤ h ⎛ h ⎞ Ñoä saâu sau nöôùc nhaûy khi coù nöôùc nhaûy taïi maët c ⎢ ⎜ cr ⎟ ⎥ h2 = 1+ 8⎜ ⎟ −1 caét co heïp 2 ⎢ h ⎥ ⎣ ⎝ c ⎠ ⎦ Doøng chaûy töø beå qua keânh haï löu ñöôïc xem ' nhö doøng chaûy qua moät ñaäp traøn ñænh roäng Q = ϕ bhh 2g()Η02 − hh ϕ’ = 0,95 – 1 ( heä soá löu toác qua daäp traøn ) ⎛V 2 ⎞ Q 2 V 2 Q = ϕ 'bh 2g⎜ 2 + Δz⎟ Δz = − 2 h ⎜ ⎟ 2 ⎝ 2g ⎠ 2g()ϕ' bhh 2g Q2 Q2 Δz = − d = σ h2 - Δz - hh 2g()ϕ'bh 2 2g()bσh 2 h 2 heä soá an toaøn: σ = 1,05 - 1,1. 5.4 TÖÔØNG TIEÂU NAÊNG 2 Nguyeân taéc tính toaùn : Vo /2g Chieàu cao töôøng sao cho h laø ñoä saâu sau H 2 V2/2g nöôùc nhaûy cuûa hc E0 Phöông phaùp tính toaùn : P H02 H2 h2 hh h hc: xaùc ñònh töø phaàn tính toaùn doøng chaûy c c ñaùy 3 ⎡ ⎛ ⎞ ⎤ Ñoä saâu sau nöôùc nhaûy khi coù nöôùc nhaûy taïi maët hc ⎢ hcr ⎥ h2 = 1+ 8⎜ ⎟ −1 caét co heïp 2 ⎢ ⎜ h ⎟ ⎥ ⎣ ⎝ c ⎠ ⎦ Löu löôïng chaûy qua töôøng tieâu naêng ñöôïc Q = σ m b 2gH 3/2 tính nhö qua ñaäp traøn maët caét thöïc duïng n t 02 mt :heä soá löu löôïng khi chaûy qua töôøng tieâu naêng mt = 0,4 ÷ 0,42. σn :heä soá ngaäp 2/ 3 ⎛ Q ⎞ V 2 Q2 H = ⎜ ⎟ maø H = Η + 2 = Η + 02 ⎜ ⎟ 02 2 2g 2 σ 2 ⎝σ n mtb 2g ⎠ 2g()h2b 2/3 ⎛ Q ⎞ Q2 H = ⎜ ⎟ − C = σ h -H (σ = 1,05 - 1,1) 2 ⎜ ⎟ 2g( h b)2 2 2 ⎝σ nmtb 2g ⎠ σ 2 Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  34. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 34 5.5 XAÙC ÑÒNH CHIEÀU DAØI BEÅ 2 Vo /2g Ho H Eo P hh S L1 βLn L’ Lrôi Lbeå Lbe = L1 + βLm + L’ L1= L rôi -S Ñaäp traøn thöïc duïng maët caét hình thang: Lrôi = 1,33 H0 (P + 0,3H0 ) Ñaäp traøn ñænh roäng: Lrôi = 1,64 H0 (P + 0.24H0 ) β laø heä soá kinh nghieäm, laáy baèng 0,7÷0,8 L’ laø chieàu daøi khu nöôùc vaät döôùi TRAÉC NGHIEÄM Caâu 1. Noái tieáp chaûy ñaùy ñöôïc söû duïng nhieàu so vôùi noái tieáp chaûy maët vì a) Noái tieáp chaûy ñaùy deã tính toùan. b) Noái tieáp chaûy ñaùy oån ñònh hôn. c) Noái tieáp chaûy ñaùy kinh teá hôn. d) Taát caû ñeàu ñuùng. Caâu 2. Xeùt veà maët coâng trình thì daïng noái tieáp nöôùc nhaûy phoùng xa a) Laø lôïi nhaát vì noù tieâu hao nhieàu naêng löôïng nhaát. b) Laø baát lôïi nhaát vì phaûi gia coá haï löu lôùn. c) Laø ñieàu khoâng traùnh khoûi. d) Taát caû ñeàu sai. Caâu 3.Xeùt veà maët coâng trình thì daïng noái tieáp nöôùc nhaûy taïi choã a) Caàn phaûi xaây döïng vì noù tieâu hao nhieàu naêng löôïng nhaát. b) Laø khoâng neân xaây döïng vì noù khoâng oån ñònh. c )Laø ñieàu khoâng traùnh khoûi. d) Taát caû ñeàu sai. Caâu 5.Löu löôïng duøng ñeå tính toùan tieâu naêng laø a) Löu löôïng thieát keá. b) Löu löôïng max cuûa doøng chaûy. c) Löu löôïng min cuûa doøng chaûy. d) Taát caû ñeàu sai Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  35. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 35 CHÖÔNG DOØNG THAÁM QUA COÂNG TRÌNH ÑAÁT 6.1 MOÄT SOÁ KHAÙI NIEÄM VAØ ÑÒNH NGHÓA 6.1.1 Ñoä roãng (n) Tæ leä phaàn traêm theå tích giöõa phaàn roãng 100 W n = o vaø toaøn theå phaàn ñaát ñaù W Wo : Theå tích loã roãng W : Theå tích ñaát ñaù bao goàm caû phaàn roãng vaø phaàn raén 6.1.2 Vaän toác thaám thöïc vaø vaän toác thaám trung bình (V): Vaän toác thaám thöïc teá laø vaän toác thaám qua caùc khe roãng cuûa ñaát ñaù Vaän toác thaám trung bình laø vaän toác thaám ñöôïc xem nhö thaám qua caû phaàn ñaát vaø phaàn khe roãng cuûa ñaát ñaù Δϑ V = Δt A Δϑ : theå tích nöôùc thaám trong thôøi gian Δt A : Dieän tích maët caét caû phaàn roãng vaø phaàn ñaát 6.1.3 Coät nöôùc ño aùp (thuûy löïc) : p h = + z p/γ γ h Doøng thaám V : nhoû V2/2g A z Coät nöôùc ño aùp ≈ coät nöôùc naêng löôïng Maët chuaån 6.1.4 Heä soá thaám (k) ( Ñoä daãn thuûy löïc) Löu löôïng thaám treâm moät ñôn vò tieát dieän ngang cuûa doøng thaám khi chòu taùc ñoäng bôûi moät ñôn vò coät nöôùc thuûy löïc treân moät ñôn vò chieàu daøi thaám ( nghóa laø coù moät ñoä doác thuûy löïc baèng moät ñôn vò). Loaïi ñaát Heä soá thaám (k) (cm/s) Seùt 10-9 -10-6 Buïi, buïi chöùa caùt 10-6 -10-4 Caùt tuyeån choïn toát 10-3 -10-1 Ñoái vôùi ñaát khoâng ñoàng chaát , dò höôùng thì k thay ñoåi theo töøng ñieåm vaø taïi moät ñieåm thì kx ≠ ky ≠ kz Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  36. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 36 6.2 ÑÒNH LUAÄT DARCY (Henry Darcy ,1856 ) “Khi doøng thaám oån ñònh, löu löôïng thaám tæ leä vôùi ñoä doác coät nöôùc ño aùp (hydraulic gradient) vaø dieän tích thaám A” Δh Q = −kA ΔL Δh Δh V = −k ΔL V laø vaän toác thaám (vaän toác Darcy) h1 V Toång quaùt : vaän toác thaám taïi töøng ñieåm h2 trong mieàn thaám ΔL A dh u = −k ds Maët chuaån Ñieàu kieän öùng duïng ñònh luaät Darcy Re ≤ 5 Vd R = e ν n1/ 3 5ν n1/3 Vôùi : Re = 5 V ≤ d 6.3 COÂNG THÖÙC DUPUIT – FORCHERHEIMER Trong tröôøng hôïp thaám khoâng aùp vôùi ñoä doác nhoû, caùc ñöôøng doøng treân moät maët caét öôùt ñöôïc xem song song thì coät nöôùc ño aùp h = p/γ+z laø haèng soá taïi caùc ñieåm treân moät maët caét . Do ñoù : Khi ñaùy taàng khoâng thaám naèm ngang, choïn laøm maët chuaån thì h chính laø ñoä saâu möïc nöôùc ngaàm ( z = 0) u Taàng thaám h s Coâng thöùc Darcy trôû thaønhø coâng thöùc Dupuit - Forcherheimer Maët chuaån dh Taàngkhoângthaám V = −k ds Vôùi: h :ñoä saâu doøng thaám V :vaän toác ñöôïc xem phaân boá ñeàu treân maët caét Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  37. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 37 6.4 CHUYEÅN ÑOÄNG OÅN ÑÒNH CUÛA DOØNG THAÁM VAØO GIEÁNG NÖÔÙC. 6.4.1. Gieáng phun: Thaám coù aùp Xeùt moät maët truï baùn kính r Q ñoàng trucï vôùi thaønh gieáng ro Vaän toác dh V = −k s dr Ñöôøng coät nöôùc H Taàngkhoângthaám ño aùp Löu löôïng thaám qua maët h truï baùn kính r, cao b Taàng thaám nöôùc ho dh Q = −k(2π rb) Rrb dr Q dr o dh = − Taàngkhoângthaám 2π kb r Q ⎛ r ⎞ h − ho = Ln⎜ ⎟ Tích phaân töø ro ñeán r öùng vôùi h töø ho ñeán h ⎜ ⎟ 2πkb ⎝ ro ⎠ Goïi : R baùn kính aûnh höông, H chieàu coät nöôùc ño aùp khi chöa bôm Q ⎛ R ⎞ Tích phaân töø r ñeán R öùng vôùi h töø h ñeán H H − ho = Ln⎜ ⎟ o o 2πkb ⎜ r ⎟ 2πkbS ⎝ o ⎠ Q = S = H – h : chieàu saâu huùt nöôùc ⎛ R ⎞ o Ln⎜ ⎟ ⎝ ro ⎠ 6.4.2 Gieáng thöôøng Xeùt maët truï troøn ñoàng taâm Q vôùi thaønh gieáng, baùn kính r ! r Vaän toác o dh s V = −k S dr Ñöôûng bïaûo hoaø H Löu löôïng doøng thaám h qua maët truï Taàng thaám nöôùc h dh o Q = −2πkrh dr R Q dr hdh = − Taàng khoâng thaám o 2kπ r 2 2 Q r Tích phaân töø ro ñeán r öùng vôùi h töø ho ñeán h h − h0 = Ln kπ r0 2 2 Q R Tích phaân töø ro ñeán R öùng vôùi h töø ho ñeán H H − h0 = Ln kπ r0 2 2 2πHS ⎛ S ⎞ kπ (H − h0 ) Q = ⎜1− ⎟ S = H - h Q = R 2H o R Ln ⎝ ⎠ Ln r0 r0 2πHS Q = Khi S/2H≈0 R Ln r0 Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  38. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 38 R ñöôïc xaùc ñònh : Theo töøng loaïi ñaát maø laáy gaàn ñuùng nhö sau: - Ñoái vôùi ñaát côõ haït trung bình R=250m÷500m -Ñoáivôùiñaáthaïtto R=700m÷1000m Coâng thöùc kinh nghieäm R = 3000s k (Ñi-caùc dô ) 6.5 THAÁM QUA ÑAÄP ÑAÁT A’ m = cotg α A k E m1 = cotg α1 m1 m H B V h a0 C α F α1 O x Taàngkhoângthaám λH Lo m Bieán ñoåi maùi nghieâng AC thaønh thaúng ñöùng Mikhailoáp λ = A’O, sao cho löu löôïng qua AC gioáng nhö A’O 2m +1 dh dh q Dupuit-Forcherheimer: V = −k q = −kh dx = −hdh dx dx k Laáy goác toïa ñoä taïi O q H 2 − h2 Tích phaân töø 0 ñeán x töông öùng töø H ñeán h x = k 2 Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  39. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 39 A’ A E m1 m H B h V a0 C α F α1 O x L Taàngkhoângthaám λH Lo Xaùc ñònh vò trí ñöôøng baõo hoaø q H 2 − h2 x = k 2 2 2 2 2 H − a q H − a q 0 taïi x = λH+L, h = a ()λH + L = o = o k 2 k 2(λH + L) 2 2 2 2 2 2 2 2 H − a H − h H − a0 H − a0 0 x = h = H 2 − x h = H 2 − x λH + L λH + L − m a 2(L + λH1) 2 o 1 o Caàn xaùc ñònh ao h m1 chieàu daøi cuûa daûi nguyeân toá m1 z M Darcy Δh dq = udz dq = −k dz ΔL ao z dz (−z) a0 dq = −k dz m1z a0 z q = k dz N Löulöôïngthaámqua MN ∫0 m1z m1 z k a0 ka q = dz q = 0 ∫0 m1 m1 2 2 q H − a0 Löu löôïng thaám naøy cuõng baèng löu löôïng thaám ñi qua ñaäp ñaát = k 2(L + λH1 ) a o 2 2 k 2 2 H − a m H − a a0 0 1 = 0 = m1 2(L0 − m1a0 + λH1) k 2(L + λH1) (L + λH ) ± (L + λH)2 − m2 H 2 Giaûi phöông trình baäc 2 cho a : 0 0 1 0 a0 = m1 2 2 2 H − a0 Coù ao,xaùc ñònh ñöôïc q vaø ñöôøng baõo hoaø h = H − x λH + Lo − m1ao Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  40. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 40 6.6 THAÁM COÙ AÙP QUA ÑAÄP H1 H2 z Taàng thaám x Taàngkhoângthaám Ñeå xaùc ñònh vaän toác thaám (u) , coät nöôùc ño aùp (h), döïa vaøo phöông trình thaám Darcy nhö sau: Ñaát ñoàng chaát vaø ñaúng höôùng: ∂h u = −k x ∂x Phöông trình ∂ 2 h ∂ 2 h ∂h lieân tuïc + = 0 h(x,z) u = −k ∂x 2 ∂z 2 z ∂z CHÖÔNG DOØNG KHOÂNG OÅN ÑÒNH TRONG KEÂNH I.KHAÙI NIEÄM : Doøng khoâng oån ñònh laø doøng chaûy maø caùc yeáu toá cuûa doøng chaûy ñeàu phuï thuoäc vaøo thôøi gian, Ñoä saâu : h = h(x,t) Vaän toác : V = V(x,t) Löu löôïng: Q = Q(x,t) Doøng khoâng oån ñònh thöôøng xuaát hieän Soâng, keânh bò aûnh höôûng thuûy trieàu Keânh xaû nhaø maùy thuûy ñieän khi löu löôïng xaû thay ñoåi ñoät ngoät Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  41. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 41 II.PHÖÔNG TRÌNH LIEÂN TUÏC: ∂h dt ∂t B Q ∂Q h h h Q + dx ∂x dX ∂h Söï thay ñoåi theå tích trong ñoaïn dx trong thôøi gian dt dt.B.dx ∂t thìbaènglöulöôïngra–löulöôïngvaøotrongthôøigianñoù ⎛ ∂Q ⎞ ∂Q ⎜Q + dx⎟dt - Qdt = dxdt ⎝ ∂x ⎠ ∂x ∂h ∂Q − dt.B.dx = dxdt ∂t ∂x ∂Q ∂h + B = 0 Phöông trình lieân tuïc ∂x ∂t Caùc daïng khaùc : ∂(AV ) ∂h + B = 0 ∂x ∂t ∂Q ∂h + B = 0 ∂V ∂A ∂h ∂x ∂t A +V + B = 0 ∂x ∂x ∂t Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  42. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 42 III. PHÖÔNG TRÌNH ÑOÄNG LÖÔÏNG: Caùc giaû thieát: -Bieán ñoåi chaäm, boû qua löïc quaùn tính -Toån thaát naêng löôïng ñöôïc tính nhö doøng oån ñònh khoâng ñeàu -Phaân boá aùp suaát treân maët caét ñöùng ñöôïc xem theo qui luaät thuûy tónh -Ñoä doác nhoû ∂A dA = dx B ∂x 2 1 h h hc ∂h h h + dx A • C ∂x 1 i x dX 2 Aùp löïc treân maët 1-1 F1 = γAhc Aùp löïc treân maët 2-2 ⎛ ∂A ⎞⎛ ∂hc ⎞ ⎛ ∂hc ∂A ⎞ F2 = γ ⎜ A + dx⎟⎜hc + dx⎟ = γ ⎜ Ahc + A dx + hc dx⎟ ⎝ ∂x ⎠⎝ ∂x ⎠ ⎝ ∂x ∂x ⎠ Troïng löïc theo phương x F3 = γ (Adx)i τo: öùng suaát ma saùt Ma saùt F = Pτ dx f o P : chu vi öôùt Toång löïc theo phöông doøng chaûy (X): F1 –F2 + F3 -Ff ⎛ ∂hc ∂A Pτ o ⎞ ∑ Fx = γ ⎜− A − hc + Ai − ⎟dx ⎝ ∂x ∂x γ ⎠ Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  43. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 43 ⎛ ∂hc ∂A Pτ o ⎞ ∑ Fx = γ ⎜− A − hc + Ai − ⎟dx ⎝ ∂x ∂x γ ⎠ Ngoøai ra Laáy moment tónh taïi maët caét 2-2 ñoái vôùi maët thoaùng suy ra ∂A dA = dx ∂x ⎛ ∂h ⎞ ∂A ∂h dx ⎛ ∂A ⎞⎛ ∂hc ⎞ B A⎜hc + dx⎟ + dx. = ⎜ A + dx⎟⎜hc + dx⎟ ⎝ ∂x ⎠ ∂x ∂x 2 ⎝ ∂x ⎠⎝ ∂x ⎠ ∂h dx ∂x Khai trieån vaø boû caùc soá haïng baäc cao h h ∂h c ∂hc ∂A h A + h = A A • C ∂x c ∂x ∂x Pτ P(γRJ ) Vaø vieát laïi o = = AJ γ γ ⎛ ∂h ⎞ Thay vaøo ∑ Fx = γA⎜− + i − J ⎟dx ⎝ ∂x ⎠ Aùp duïng phöông trình ñoäng löôïng:” Söï bieán ñoåi ñoäng löôïng trong moät ñôn vò thôøi gian trong moät theå tích kieåm soaùt thì baèng toång caùc löïc taùc ñoäng leân theå tích ñoù” Söï bieán ñoåi ñoäng löôïng trong theå tích kieåm soaùt giôùi haïn m/c 1-1 vaø 2-2 1 Ñoänglöôïngvaøom/c1-1 2 Q M = ρQV = ρAV 2 1 ∂Q h Q + Ñoäng löôïng ra m/c 2-2 ∂x 2 ∂ 2 ⎡ 2 ∂ 2 ⎤ M 2 = ρAV + ()ρAV dx = ρ AV + ()AV dx 1 dX 2 ∂x ⎣⎢ ∂x ⎦⎥ Söï gia taêng ñoäng löôïng trong theå tích kieåm soaùt: ∂ M = ()ρAdxV c ∂t Theo phöông trình ñoäng löôïng M 2 − M 1 + M c = ∑ Fx ⎡ 2 ∂ 2 ⎤ 2 ∂ ⎛ ∂h ⎞ ρ⎢AV + ()AV dx⎥ − ρAV + ()ρAVdx = γA⎜− + i − J ⎟dx ⎣ ∂x ⎦ ∂t ⎝ ∂x ⎠ Ñôn giaûn vaø chia 2 veá cho ρ vaø dx: ∂ ∂ ∂h ()AV + ()AV 2 + gA = gA()i − J ∂t ∂x ∂x Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  44. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 44 ∂ ∂ ∂h ()AV + (AV 2 )+ gA = gA()i − J ∂t ∂x ∂x Caùc daïng cuûa phöông trình ñoäng löôïng ∂V ∂V ∂h V ⎛ ∂A ∂A ∂V ⎞ Vieát laïi: +V + g + ⎜ +V + A ⎟ = g()i − J ∂t ∂x ∂x A ⎝ ∂t ∂x ∂t ⎠ ⎛ ∂A ∂A ∂V ⎞ Chuù yù: ⎜ +V + A ⎟ = 0 ⎝ ∂t ∂x ∂t ⎠ ∂V ∂V ∂h +V + g + = g()i − J ∂t ∂x ∂x ∂h V ∂V 1 ∂V Hay + + = ()i − J ∂x g ∂x g ∂t ∂ ⎛V 2 ⎞ 1 ∂V J = i − ⎜ + h⎟ − ∂x ⎝ 2g ⎠ g ∂t Doøng ñeàu Doøng khoâng ñeàu Doøng khoâng oån ñònh IV.PHÖÔNG PHAÙP ÑÖÔØNG ÑAËC TRÖNG SOÙNG BIEÂN ÑOÄ NHOÛ ∂V ∂A ∂h Coù phöông trình lieân tuïc A +V + B = 0 ∂x ∂x ∂t ∂h V ∂V 1 ∂V Phöông trình ñoäng löôïng : + + = ()i − J ∂x g ∂x g ∂t Vaän toác truyeàn soùng: Vaän toác lan truyeàn khi gaây moät nhieãu ñoäng trong nöôùc tónh, coù ñoä saâu h A0 Maët caét chöõ nhaät C0 = g Co = gh B0 Neáu soùng coù bieân ñoä nhoû vaø vôùi moät soá gæa thieát sau 1. Keânh naèm ngang : ñoä doác i = 0 2. Khoâng coù ma saùt : ñoä doác naêng J = 0 ∂V 3. Vaân toác doøng chaûy nhoû vaø söï bieán ñoåi vaân toác nhoû : V = 0 ∂x 4. Tieát dieän maët caét öôùt A doïc theo doøng chaûy xem baèng moät tieát dieän trung bình khoâng ñoåi Ao vaø ∂A = 0 ∂x 5. Beà maët thoaùng B baèng beà roäng trung bình khoâng ñoåi Bo Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  45. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 45 Heä phöông trình lieân tuïc vaø ñoäng löôïng coù theå vieát laïi thaønh daïng ñôn giaûn: ∂V ∂A ∂h ∂V ∂h A +V + B = 0 A + B = 0 (1) ∂x ∂x ∂t o ∂x o ∂t ∂h V ∂V 1 ∂V ∂h 1 ∂V + + = ()i − J + = 0 (2) ∂x g ∂x g ∂t ∂x g ∂t ÑaëtA0 neáu maët caét hình chöõ nhaät thì C = gh C0 = g 0 0 B0 C 0 ∂V C ∂h C Nhaân cho pt (1) 0 0 Ao + Bo = 0 (3) A0 ∂x A0 ∂t A0 ∂h ∂V Nhaâng chopt (2) g + = 0 (4) ∂x ∂t ∂V ∂V g ⎛ ∂h ∂h ⎞ Coâng veá theo veá C0 + + ⎜Co + ⎟ = 0 ∂x ∂t Co ⎝ ∂x ∂t ⎠ dx C = ∂V dx ∂V g ⎛ ∂h dx ∂h ⎞ Neáu 0 dt thì : + + ⎜ + ⎟ = 0 ∂x dt ∂t Co ⎝ ∂x dt ∂t ⎠ ⎛ ⎞ ⎛ g ⎞ dV g ⎛ dh ⎞ d g ⎜ ⎟ + ⎜ ⎟ = 0 ⎜V + h⎟ = 0 ⎜V + h⎟ = Const dt C C0 dt Co ⎝ dt ⎠ ⎝ 0 ⎠ ⎝ ⎠ dx Tröø veá theo veá vaø neáu C = − 0 dt d ⎛ g ⎞ ⎛ g ⎞ ⎜V − h⎟ = 0 ⎜V − h⎟ = Const ⎜ ⎟ ⎜ C ⎟ dt ⎝ C0 ⎠ ⎝ 0 ⎠ YÙ nghóa phöông trình ñöôøng ñaëc tröng : t M’ M M” t ’ R” t” t’ L’ 1 1 dt = − dx dt = dx C C 0 0 x 0 R R’ L” L L 1 x R 1 L h0 x’ x Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  46. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 46 Caùchxaùcñònhñoäsaâu(h) vaø t vaän toác (V) taïi M(x,t) Taïi M veõ ñöôøng ñaëc tröng t M + thuaän Co (coù ñoä doác 1/Co) caét truïc hoaønh (t = 0) taïi L 1 1 Treân ñöôøng ML cho : dt = dx dt = − dx C0 C0 ⎛ g ⎞ ⎛ g ⎞ x ⎜V + h ⎟ = ⎜V + h ⎟ 0 ⎜ M M ⎟ ⎜ L L ⎟ (1) x R l ⎝ C0 ⎠ ⎝ C0 ⎠ L Töông töï veõ ñöôøng ñaëc tröng nghòch Co- (coù ñoä doác -1/Co), h0 MR: x ⎛ g ⎞ ⎛ g ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜VM − hM ⎟ = ⎜VR − hR ⎟ (2) ⎝ C0 ⎠ ⎝ C0 ⎠ 1 ⎡ g ⎤ TöøØ (1) vaø (2) VM = ⎢()VL + VR + ()hL − hR ⎥ 2 ⎣ C0 ⎦ Vì hL,VL,hR,, Vr ñaõ bieát taiï thôøi 1 ⎡C0 ⎤ hM = ⎢ ()()VL −VR + hL + hR ⎥ ñieåm t = 0 2 ⎣ g ⎦ VM, hM, Tuy nhieân neáu vò trí M gaàn ñaàu keânh hoaëc cuoái keânh thì phaûi caàn theâm ñieàu kieän bieân t M’ M M Ví duï ñieåm M’(x’,t) ”’ 1 R” t” 1 ⎡ g ⎤ t’ L’ 1 dt = − dx V ' = ()V ' +V ' + ()h ' − h ' dt = dx M ⎢ L R L R ⎥ (1) C0 2 C C0 ⎣ 0 ⎦ x 0 1 ⎡C0 ⎤ L R1 x R’ L” R L1 h ' = V ' −V ' + h ' + h ' M ⎢ ()()L R L R ⎥ (2) l 2 ⎣ g ⎦ Ñeå xaùc ñònh V , h , taïi L’ L’ L’ h0 ta veõ moät ñöôøng ñaëc tröng - nghòch Co x’ x ⎛ g ⎞ ⎛ g ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜VL' − hL' ⎟ = ⎜VR1 − hR1 ⎟ ⎝ C0 ⎠ ⎝ C0 ⎠ h (1) VL’ L’ Bieát h , V , bieát töø ñieàu kieän ñaàu + V h R1 R1 Hoaëc h M’, M’ L’ VL’ (2) Ñieàu kieän bieân Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  47. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 47 Ñeå giaûi toaùn soùng coù bieân ñoä nhoû hay moät baøi doøng khoâng oån ñònh thoâng thöôøng, caàn thieát phaûi coù : Caùc ñieàu kieän ñaàu vaø ñieàu kieän bieân : 1.Ñieàu kieän ban ñaàu : V(0, x), h(0,x) 2. Ñieàu kieän bieân : Ñaàu keânh : V(0,t) hoaëc h(0,t) Cuoái keânh : V(l,t) hoaëc h(l,t) V. PHÖÔNG PHAÙP ÑÖÔØNG ÑAËC TRÖNG CHO MOÄT KEÂNH MAËT CAÉT HÌNH CHÖÕ NHAÄT Vaän toác truyeàn soùng trong keânh hình chöõ nhaät : 2 2 C C = gh == > C = gh == > h = g ∂h 2C ∂C ∂h 2C ∂C do ño = vaø = ∂x g ∂x ∂t g ∂t C 2 ∂A ∂h 2C ∂C Xeùt cho moät ñôn vò beà roäng keânh B = 1m => A = h = => = = g ∂x ∂x g ∂x Thay vaøo pt lieân tuïc vaø ñoäng löôïng : ∂V ∂A ∂h C 2 ∂V 2C ∂C 2C ∂C A +V + B = 0 + V + = 0 (1) ∂x ∂x ∂t g ∂x g ∂x g ∂t ∂h V ∂V 1 ∂V 2C ∂C V ∂V 1 ∂V + + = ()i − J + + = (i − J ) (2) ∂x g ∂x g ∂t g ∂x g ∂x g ∂t ∂V ∂C ∂C chia (1) cho ± C/g ± C ± 2V ± 2 = 0 ∂x ∂x ∂t ∂C ∂V ∂V nhaân (2) cho g 2C + V + = g(i − J ) ∂x ∂x ∂t ∂C ∂C ∂V ∂V coäng hai veá : 2(C ±V ) ± 2 + (V ± C) + = g(i − J ) ∂x ∂t ∂x ∂t Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  48. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 48 ∂C ∂C ∂V ∂V 2(C ±V ) ± 2 + (V ± C) + = g(i − J ) ∂x ∂t ∂x ∂t ∂()V ± 2C ∂(V ± 2C) hay (V ± C) + = g(i − J ) ∂x ∂t dx ∂(V ± 2C) dx ∂(V ± 2C) Neáu ()V ± C = thì : + = g(i − J ) dt ∂x dt ∂t d ()V ± 2C = g(i − J ) dt dx Ñöôøng ñaëc tröng thuaän ( C+) : = ()V + C dt dx = ()V − C Ñöôøng ñaëc tröng nghòch ( C-) : dt Chuù yù Khi V vaø C ñeàu döông, neáu doøng chaûy eâm (V C) thì ñöôøng ñaëc tröng nghòch vaø thuaän cuøng chieàu nhau t dx M” M M’ = ()V + C dt C+ dx C+ C- C- = ()V − C dt L X 0 L’ R’ LRChaûy Chaûy xieát eâm ñi ra khoûi keânh Toång quaùt ñieàu kieän bieân vaø ñieàu kieän ban ñaàu cho baøi toaùn doøng khoâng oån ñònh nhö sau: 1.Ñieàu kieän ban ñaàu : V(0, x), h(0,x) 2.Ñieàu kieän bieân : + Ñaàu keânh : chæ caàn 1 ñieàu kieän bieân V(0,t) hoaëc h(0,t) Chaûy eâm : + Cuoái keânh : chæ caàn 1 ñieàu kieän bieân V(0,t) hoaëc h(0,t) +Ñaàu keânh Doøng chaûy ñi vaøo keânh: caàn 2 ñieàu kieän bieân V(0,t) vaø h(0,t) Chaûy xieát: + Cuoái keânh : Doøng chaûy ñi ra khoûi keânh: khoâng caàn ñieàu kieän bieân Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  49. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 49 VI. KHAÙI NIEÄM PHÖÔNG PHAÙP SAI PHAÂN HÖÕU HAÏN: Xeùt mieàn tính toaùn xot ñöôïc rôøi raïc hoùa nhö hình veõ t i+1 ο Δ n t • 0 i-1 i Δ i+1 x x Taïi ñieåm i vaø i+1 ôû thôøi ñieåm t ta coù : 2 ⎛ ∂f ⎞ ⎛ ∂ 2 f ⎞ (x − x ) f (x ) = f (x ) + x − x + ⎜ ⎟ i+1 i + i+1 i ⎜ ⎟ ()i+1 i ⎜ 2 ⎟ L ⎝ ∂x ⎠i ⎝ ∂x ⎠i 2! Neáu boû caùc soá haïng baäc cao , suy ra ⎛ ∂f ⎞ f (x ) − f (x ) f n − f n ⎜ ⎟ = i+1 i = i+1 i ⎝ ∂x ⎠i (xi+1 − xi ) Δx Töông töï , neáu taïi ñieåm i ôû thôøi ñieåm n vaø n+1 ta cuõng coù ⎛ ∂f ⎞ f n+1 (x ) − f n (x ) f n+1 − f n ⎜ ⎟ = i i = i i ⎝ ∂t ⎠i Δt Δt Thay vaøo trong phöông trình lieân tuïc vaø pt ñoäng löôïng : ⎛V n −V n ⎞ ⎛ An − An ⎞ ⎛ h n+1 − h n ⎞ An ⎜ i+1 i ⎟ V n ⎜ i+1 i ⎟ B n ⎜ i i ⎟ 0 i ⎜ ⎟ + i ⎜ ⎟ + i ⎜ ⎟ = ⎝ Δx ⎠ ⎝ Δx ⎠ ⎝ Δt ⎠ h n − h n V n ⎛V n −V n ⎞ 1 ⎛V n+1 −V n ⎞ i+1 i i ⎜ i+1 i ⎟ ⎜ i i ⎟ + ⎜ ⎟ + ⎜ ⎟ = i − ji Δx g ⎝ Δx ⎠ g ⎝ Δt ⎠ Vaän toác vaø ñoä saâu h , V n n+1 n+1 i i hi , Vi thôøi ñieåm n thôøi ñieåm n+1 Ñoái vôùi nhöõng ñieåm naèm treân bieân, caàn phaûi boå sung theâm ñieàu kieän bieân môùi xaùc ñònh ñöôïc caùc giaù trò h vaø V Ñieàu kieän oån ñònh cuûa pp sai phaân hieän Ñieàu kieän Courant - Friedrichs – Lewy (CFL) Δx Δt ≤ V ± C Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com
  50. Toùm taét baøi giaûng Thuûy Löïc- TS Huyønh coâng Hoaøi ÑH Baùch Khoa tp HCM 50 TAØI LIEÄU THAM KHAÛO 1. NN Aån, NT Baûy, LS Giang, HC Hoaøi, NT Phöông, LV Döïc, “Giaùo trình Thuûy löïc “, Löu haønh noäi boä ÑHBK tp HCM, 2005 2. Nguyeãn caûnh Caàm vaø caùc taùc giaû “ Thuûy löïc taäp II”, NXB DH vaø THCN, 1978 3. Nguyeãn caûnh Caàm vaø caùc taùc giaû “ Baøi taäp Thuûy löïc taäp II”, NXB DH vaø THCN, 1978 4. French R.H “Open channel Hydraulics”. McGra-Hill, Singapore 1986 5. Koupitas C.G. “Elements of Computation Hydraulics “. Pentics Pres, 1983 6. Haestad press. “Computer Application Hydraulic Engineering “, 2002 Printed with FinePrint - purchase at www.fineprint.com