Bài giảng Thủy lực - Chương 6: Dòng chảy ổn định không đều trong lòng dẫn hở

Bài giảng Thủy lực - Chương 6: Dòng chảy ổn định không đều trong lòng dẫn hở. Chương này cung cấp cho học viên những nội dung về: khái quát chung dòng không đều; độ sâu phân giới - độ dốc phân giới; phương trình vi phân của dòng không đều thay đổi chậm trong lòng dẫn hở;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Thủy lực - Chương 6: Dòng chảy ổn định không đều trong lòng dẫn hở TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THỒNG VẬN TẢI KHOA CÔNG TRÌNH BÀI GIẢNG THỦY LỰC CHƯƠNG VI DÒNG CHẢY ỔN ĐỊNH KHÔNG ĐỀU  TRONG LÒNG DẪN HỞ Giảng viên: Nguyễn Thanh Nga     Bộ môn Thủy lực­ Thủy văn NỘI DUNG CHƯƠNG VI 1 KHÁ I QUÁ T CHUNG VỀ  DÒ NG KHÔNG  ĐỀ U  2 ĐỘ SÂU PHÂN GIỚI­ ĐỘ DỐC PHÂN GIỚI PT VI PHÂN CỦA DÒNG KHÔNG ĐỀU THAY ĐỔI  2 3 3 CHẬM TRONG LÒNG DẪN HỞ  4 KHẢO SÁT CÁC DẠNG ĐƯỜNG MẶT NƯỚC  5 TÍNH VÀ VẼ ĐƯỜNG MẶT NƯỚC Bài giảng Thủy lực                   2 VI.1. KHÁI NIỆM DÒNG KHÔNG ĐỀU • Dòng chảy không đều là dòng chảy có kích thước, hình dạng mặt cắt  ướt, vận tốc trung bình là các đại lượng thay đổi dọc theo dòng chảy.  Như vậy chiều rộng, chiều sâu trong lòng dẫn thay đổi dọc theo dòng  chảy. Dòng không đều xuất hiện khi lực cản và trọng lực không cân bằng  (trong các kênh có i = 0 và i  VI.1. KHÁI NIỆM DÒNG KHÔNG ĐỀU Phân loại kênh dẫn * Kênh lăng trụ: Kênh có độ dốc đáy không đổi, kích thước và hình dạng MCN  không đổi dọc theo chiều dài dòng chảy. * Kênh phi lăng trụ: Kênh có MCN thay đổi dọc theo chiều dài dòng chảy. Hai giả thiết cơ bản trong dòng chảy đổi dần * Áp suất phân bố trên bất kỳ mặt cắt nào cũng theo quy luật thủy tĩnh, đường mặt  nước thay đổi dần. * Lực kháng của dòng chảy ở bất kỳ một độ sâu nào đều phù hợp với dòng chảy  đều . NĂNG LƯỢNG ĐƠN VI MĂT CĂ ̣ ̣ ́ T: Tỷ năng mặt cắt là năng lượng của dòng chảy lấy đối với mặt chuẩn  đi qua điểm thấp nhất của mặt cắt ướt đó. Năng lượng đơn vị mặt cắt α v2 e = h+ 2g Bài giảng Thủy lực                   4 VI.2.1. ĐỘ SÂU PHÂN GIỚI­ ĐỘ DỐC PHÂN GIỚI  Độ sâu phân  α v2 αQ2 giới: e = h+ = h+ = f ( h, Q ) 2g 2 gω 2 Với dòng chảy ổn định (Q = const): e = f(h) Định nghĩa hk: Với một lưu lượng đã cho và với một mặt cắt xác định độ  sâu phân giới là độ sâu mà làm cho tỷ năng mặt cắt tại một mặt cắt nào đó  đạt giá trị nhỏ nhất. Bài giảng Thủy lực                   5 VI.2.1. ĐỘ SÂU PHÂN GIỚI­ ĐỘ DỐC PHÂN GIỚI Cách xác định hk: Cách 1: Căn cứ vào định nghĩa độ sâu phân giới Bước 1: Tự giả định hi, áp hi vào mặt cắt (MC) tính toán                    →  i (~ hi) → ei Bước 2: Xây dựng đồ thị quan hệ e ~ h Bước 3: Quan sát trên đồ thị ứng với emin kẻ đường thẳng song  song với trục hoành → h = hk Cách 2: Theo phương pháp giải tích de α Q 2 dω de α Q2 = 1− � = 1− B dh gω 3 dh dh gω 3 3 �de � Q2 Q2 � � =0 k 1 Bk 0 �dh � h = hk g k 3 g Bk Nhận xét: hk chỉ phụ thuộc vào kích thước, lưu lượng chảy trong  kênh mà không phụ thuộc vào độ dốc dọc và nhám của kênh Bài giảng Thủy lực                   6 VI.2.1. ĐỘ SÂU PHÂN GIỚI­ ĐỘ DỐC PHÂN GIỚI Phương pháp tính hk Phương pháp thử dần Phương pháp đồ thị Cơ sở xác định hk αQ ω2 3 = k g Bk Mặt cắt HCN: α Q2 α q2 hk = 3 2 =3 gb g Mặt cắt Hthang: N 2 hk hkcn 1 0,105 PP gần đúng  3 N Agroskin: α Q2 m.hkcn hkcn =3 ; σ N = gb 2 b Bài giảng Thủy lực                   7 VI.2.1. ĐỘ SÂU PHÂN GIỚI­ ĐỘ DỐC PHÂN GIỚI h ( b + mhk ) 3 3 Phương pháp tính hk hình thang αQ ω 2 3 k = = k g Bk b + 2mh hk3 ( b + mhk ) b5 ( 1 + ζ k ) ζ k 3 3 3 Đặt: mhk αQ 2 ζk = b = = g b + 2mh m3 ( 1 + 2ζ k ) ( ) 1/ 2 3/ 2 �αQ m 2 � 3 1 + ζ ζ 3/ 2 � 5 � = k k =ψ ( 1 + 2ζ k ) ...