›
›

Dòng chảy trong kênh hở

ppt 34 trang phuongnguyen 2910
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Dòng chảy trong kênh hở", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptdong_chay_trong_kenh_ho.ppt

Nội dung text: Dòng chảy trong kênh hở

  1. Dòng chảy trong kênh hở +Dòng chảy đều + Dòng chảy không đều thay đổi chậm
  2. So sánh dòng chảy đều trong ống và kênh hở Tổn thất năng lượng ĐNL ĐNL ĐĐA ĐĐA h Mặt so sánh Mặt so sánh Dòng chảy trong ống Dòng chảy kênh hở 2
  3. Dòng đều trong kênh hở i = J p = J ⚫ Công thức cơ bản: Q = const 1v1 = 2v2 = Q   =  sin  = Ri 0 l 0 1 1 6 1 6  2 C = k R = R 0 = v v = gRi s n * * 1 2 1 8g v = R 3i 2 v = Ri v = C Ri  n
  4. Qwan hệ 8 R1/6 C V = = = f n g g gRSf ⚫ cho rối thành trơn 1 =−1,80lg Re 1,5146 ⚫ thành trơn sang thành nhám f 1 ks 21,25 =1,14 − 2,0lg + f 4R Re0,9 ⚫ : ks - nham cát tương đương (bê tông nhám: ks (mm) = 3,0 ÷ 4,5; kênh đất thăng đều: ks = 3,0, mặt bê tông rất nhẵn: ks = 0,15 ÷ 0,30; ⚫ xây đá, cuội sỏi: ks = 6,0);
  5. 2 3 3 Nhám phức tạp N 2  N nN n =  1  ⚫ Theo Einstein: thành  N phần có 1, 2 , ,  Nn n1 ,n2 , ,nN v1 = v2 = = vN = v 2 2 2 3 1 3 1 3 1 1  2 1 1 2 1  N 2 v = i = i = = i n  n 1 nN  N
  6. Nhám phức tạp ⚫ Theo Pavlôpski, 1 N 2 2   N nN n = 1 
  7. Các dạng mặt cắt thông dụng  = b.h  = b + 2h  R =  1  =b. h + 2. . h . h . m = h ( b + h . m ) 2  =b +21 h + m2  R==; m cotg 
  8. Các dạng mặt cắt thông dụng r 2  = ( − sin ) 2  = r.  R = 
  9. Tính dòng 1 2/3 1/2 KSo chảy đều QRS= o n 1 KR=2/3 n ⚫ Yếu tố mặt cắt tính dòng đều. nK =  R2/3 ⚫ kênh hình thang  (b+ mhoo )h 2 R == P= b + 2ho 1 + m P 2 b++ 2ho 1 m 5/3 5/3 2/3 (b+ mhoo ) h R = = f (b,m,ho ) 2 2/3 (b++ 2ho 1 m )
  10. Tính dòng 2/3 ⚫Đặt R chảy đều = b8/3 h ⚫ Kênh có o 0,02 b nQ 1 2/3 1/2 =R2/3 QRS= o n So 5/3 5/3 2/3(bhoo ) (h / b) 8/3 Rb =2/3 = 2/3 (b++ 2hoo ) (1 2h / b) nQ R2/3 () 5/3 = =o = ()  8/3 8/3 2/3 o Sbo b (1+ 2o )
  11. 1 2 1 TÍNH TOÁN Q = v = C Ri = R 3 i 2 LƯU LƯỢNG n  ⚫ o = h0 /b ( oo ) ~  2/3 5/3 5/3 nQ R (1+ m oo ) (  ) = = = ( o ,m) Sb8/3 b8/3 2 2/3 o (1+ 2 1 + m o ) ⚫ (phụ lục 1) b2 + 4  m − b ⚫ Biết  ,b và m thì h là: h = 0 o 2m
  12. Kênh tròn D2 =(2 − sin 2  ); P = 2r == D ; f (h / D); 8 oo ⚫ Kênh tròn có góc ở tâm chắn đường mặt nước nQ R2/3 1 (2  − sin 2  ) 5/3 = = = (h / D) 8/3 8/3 2/3 o SDo D 32  ⚫ (phụ lục 2)
  13. b Kênh có mặt cắt  = ( ) = 2( 1+ m 2 − m) lợi nhất về thủy lực ln h ln h R = 2 ⚫ Kênh nửa đường tròn có chu vi ướt là nhỏ nhất r 2  r h  = ,  = r, R = = = 2  2 2 ⚫ Kênh hình thang  = (b + mh)h  = b + 2h 1+ m2  =  min b  = ( ) = 2 ⚫ kênh mặt cắt chữ nhật b = B ln h ln
  14. Kênh có mặt cắt lợi nhất về thủy lực, m=hằng số 1 2  = b.h + 2. .h.h.m = h(b + h.m)  = b + 2h 1+ m 2   2 b = − mh  = − mh+ 2h 1+ m = f (h) h h d d  = 0 = − − m + 2 1+ m2 dh dh h2 − b + 2( 1+ m 2 − m) = 0 h(b + mh) h = − − m + 2 1+ m 2 h 2 b 2 ln = =2( 1 +mm − ) − b 2 h = + 2( 1+ m − m) ln h
  15. O F = D = 600 Mặt vắt kênh lợi nhất về thủy lực B D 1+m2 OF = OF = D 1+m2 m D 1+m2 OF = 1+m2 b HỆ SỐ MÁI DỐC m THAY ĐỔI
  16. CÁC BÀI TOÁN VỀ DÒNG CHẢY ĐỀU TRONG LÒNG DẪN HỞ Q = C Ri ⚫ Bài toán 1- Tính lưu lượng Q Khi biết diện tích  và độ dốc đáy i. ⚫ Bài toán 2- Tính độ dốc đáy i khi biết lưu lượng Q và diện tích . ⚫ Bài toán 3- Tính diện tích mặt cắt ướt  khi biết lưu lượng Q và độ dốc đáy i.
  17. Thí dụ 1 : Mặt cắt hình thang có độ sâu 3 (m), chiều rộng đáy b = 10 (m), m =1.5, i = 3.10-4, nhám n = 0.017. Kiểm tra Q,v ⚫ Bài giải:  =(b + mh ) h = 43,5 m2 v== C Ri1,67 m / s  =b +2 h 1 + m2 = 20,82 m 3  Q== v. 72,44 m / s Rm==2,09  1 C== R1/ 6 66,51 ( m / s ) n vv ox Kiểm tra: 0,25 vox ==3,6( hd ) 8,06 m / s
  18. THÍ DỤ 2 V = C RhSe 2.52 5.04 0.72 2.52 A = + 2.52 16.8 + 3.6 + 0.72 150 =162.52 m2 2 2 P = 0.72 +150 + (1.82 + 3.62 ) +16.8 + (2.522 + 5.042 ) = 177.18 m A 162.52 R = = = 0.917 h P 177.18 0.69 V = 35 0.917 = 0.7 m/s 1584 Q =VA= 0.7 162.52 =113.84 m3 / s 19
  19. Tìm h0 theo biểu đồ Q Ko = K = C R i Bước 1: giả thiết độ sâu dòng chảy h1,h2,h3 hn Bước 2: Đưa các giá trị trên mặt cắt ngang tính toán, nhận được K1,K2,K3 Kn tương ứng với độ sâu đó Bước 3: Vẽ đồ thị mối quan hệ K=f(h) Bước 4: Xác định giá trị Bước 5 : Từ giá trị K o tra đồ thị tìm được chiều sau chảy đều ho
  20. Dòng chảy kênh hở Sơ đồ mặt cắt dọc dòng chảy Đường năng lượng V 2 1 i j hay s0 Sf 2g Sf V 2 Đường mặt nước 2 2g y 1 Hay h1 Đường đáy y i 2 Hay h2 S  z1 o z2
  21. Dòng không đều thay đổi chậm ⚫ Kênh lăng trụ và phi lăng trụ d d dh d   dh = =+ dll dh d dl l h d l ⚫ Tỷ năng mặt cắt ⚫ Chiều sâu phân giới ⚫ Phương trình cơ bản ⚫ Các dạng đường mặt nước
  22. Tỷ năng mặt cắt v2 E = hcos + 2g ⚫ độ dốc đáy rất nhỏ v2 Trạng thái phân giới E = h + 2g Q2 E = h + 2g 2 f (E,h,Q) = 0
  23. Đường cong h ( Q ) với E không đổi 2 2 2 d( Q ) Q = 2g (E − h) = 0 dh 2 d Q d 2 d =  (E − h)= 0 = B dh 2g dh dh d Q2 2 (E − h)− 2 = 0 B = 1 dh g 3
  24. Đường cong h ( Q ) với E không đổi h hay Dòng êm Q2 B = 1 g 3 Chiều sâu phân giới hc= Dòng xiếtDòng xiết
  25. công thức xác định chiều sâu phân giới Q2  3 = g B k 2 2 ⚫ Q q Mặt cắt chữ nhật h = 3 = 3 k gb2 g 3 2 E = h vk k k h = 2 k g Q2 ⚫ Kênh mặt cắt hình thang k = gb 2 mk  k 2  k = hk = k 1 − + 0,105 k b 3
  26. Q2 A E =y+ E = y + Phương trình xác định y (h ) s 2gA2 s 2 T c c 1 A Phương trình xác định năng lượng đơn vị tại yc (hc) hay E = y + ( ) cho mọi hình dạng mặt cắt c c 2 T Mặt cắt chữ nhật Mặt cắt hình thang 3yc (3B + 5n yc ) yc Ec = Ec = 2 2(B + 2n yc ) Dạng đường tròn Dạng tam giác 5 E = y d d (2 − sin2 ) c c E = (1 − cos ) + 4 c 2 16 sin 28
  27. Đồ thị chiều sâu phân giới Động năng Thế năng Năng lượng đơn vị mặt cắt Dòng êm, h=2 hk h1 Dòng xiết Dòng chảy phân giới
  28. ĐỘ DỐC PHÂN GIỚI gk gk ik = 2 = 2 BkCk Rk BkCk Q = 0C0 R0 i Q = kCk Rk ik 2 2 2 Q =  k Ck Rk ik 2C 2R i  3 k k k k = k g Bk
  29. TRẠNG THÁI CHẢY XIẾT, TRẠNG THÁI CHẢY ÊM, SỐ FROODE Fr ⚫ có 3 trường hợp sau: ⚫ Nếu h h k thì trạng thái chảy gọi là trạng thái chảy êm. ⚫ Nếu h h k` thì trạng thái chảy gọi là trạng thái chảy xiết ⚫ Nếu h = h k thì đó là trạng thái chảy phân giới.
  30. Số Froode (Fr) v Fr = gh ⚫ chảy phân giới: h = h k , ta sẽ có và v = vk = ghk Fr = Frk = 1 . Q = const i i k thì ho hk i ik ho hk h = h i = ik o k
  31. 3 trạng thái chảy Dòng êm Dòng êm Dòng êm Chiều sâu phân giới Chiều sâu phân giới Dòng xiết Dòng xiết Dòng xiết
  32. tóm tắt các kết quả dòng Êm, Xiết Phân giới ⚫ Độ dốc nhỏ (sông): i ik , ho hk ⚫ Độ dốc lớn: i ik , ho hk i = i , h = h ⚫ Độ dốc phân giới: k o k +Trạng thái chảy êm: h hk , v vk , Fr 1 +Trạng thái chảy xiết: h hk, v vk, Fr 1 +Trạng thái chảy phân giới: h = hk , v = vk , Fr = 1