Bài giảng thủy lực công trình - Chương 3

Dòng chảy trong sông rất phức tạp vì không những lưu lượng trong sông thay đổitheo thời gian mà các yếu tố khác như: : Q,ω,B,χ, n cũng thay đổi theo thời gian do dòngsông bị biến hình, bị xói lỡ, bị bồi lắng,...gây nên. Do đó lưu tốc trong sông v cũng luônthay đổi theo thời gian và không gian.Nhưng nói chung sự thay đổi theo thời gian ở trong sông không phải xảy ra độtngột, nhanh chóng, mà rất chậm. Ơ đây gần đúng xem dòng chảy là ổn định (vào mùakiệt, ở các đoạn sông không ảnh...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng thủy lực công trình - Chương 3Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy LợiCHƯƠNG 3 DÒNG CHẢY ỔN ĐỊNH TRONG SÔNG THIÊN NHIÊN (Steady flow in River ) ***§3.1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG VÀ CÁCH CHIA ĐOẠNI. Đặc điểmII. Cách chia đoạn§3.2 PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA DÒNG CHẢY TRONG SÔNG.§3.3 CÁCH XÁC ĐỊNH CÁC YẾU TỐ THUỶ LỰC CỦA MẶT CẮT VÀ ĐỘNHÁM CỦA LÒNG SÔNG§3.4 TÍNH TOÁN SÔNG CÓ BÃI VÀ ĐOẠN SÔNG RẼ NHÁNHI. Tính đoạn sông có bãiII. Tính đoạn sông rẽ dòngBài giảng thủy lực công trình Trang 33Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi §3.1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG VÀ CÁCH CHIA ĐOẠN.I. Đặc điểm Dòng chảy trong sông rất phức tạp vì không những lưu lượng trong sông thay đổitheo thời gian mà các yếu tố khác như: Q, ω, B, χ, n cũng thay đổi theo thời gian do dòngsông bị biến hình, bị xói lỡ, bị bồi lắng,...gây nên. Do đó lưu tốc trong sông v cũng luônthay đổi theo thời gian và không gian. Nhưng nói chung sự thay đổi theo thời gian ở trong sông không phải xảy ra độtngột, nhanh chóng, mà rất chậm. Ơ đây gần đúng xem dòng chảy là ổn định (vào mùakiệt, ở các đoạn sông không ảnh hưởng thuỷ triều).II. Cách chia đoạn Do tính chất phức tạp như vậy, nên không thể giải trực tiếp các phương trình viphân viết cho dòng chảy trong sông mà thường phải biến đổi thành phương trình sai phânđể có thể ứng dụng các phương pháp số (phương pháp sai phân, phần tử hữu hạn, thể tíchhữu hạn,...) để giải. Do đó vấn đề chia đoạn để giải là rất quan trọng.Nguyên tắc chia đoạn Lưu lượng trong đoạn Q không thay đổi Mặt cắt của lòng sông ω thay đổi ít Trong mỗi đoạn nên có một độ dốc mặt nước i và một độ nhám n thống nhất. Thường có thể dùng bản đồ địa hình để chia đoạn. Nhưng muốn chính xác, ta vẽthêm các quan hệ ω, B, n = f (l ) và vẽ đường mặt nước dọc theo sông. ω B ω n B O n lBài giảng thủy lực công trình Trang 34Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi §3.2 PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA DÒNG CHẢY TRONG SÔNG Trong kênh máng nhân tạo do có độ dốc đáy i xác định (i = const) nên thường dùngphương trình cơ bản cho sự liên hệ giữa độ sâu dòng chảy h và chiều dài l, còn ở trongsông vì đáy sông mấp mô, lồi lõm, độ sâu h thay đổi phức tạp; nên người ta thường xétquan hệ giữa cao trình mặt nước z theo chiều dài l. p αv 2 pTừ phương trình năng lượng: E = z + + + hw = const, tính theo áp suất dư = 0 γ 2.g γLấy vi phân theo chiều dài l: dz d α.v 2 dhw + ( )+ =0 dl dl 2g dl dz d α.v 2 ⇒− = ( ) + J với dl dl 2g dh dh dh Q2 d v2 dz Q 2 d α.v 2 d .v 2 J = w = d + c = 2 + ξc . ( ) → − = 2 + ( ) + ξ c ( ) (3.1) dl dl dl k dl 2g dl k dl 2g dl 2g Đây là phương trình vi phân cơ bản của dòng chảy ổn định trong sông. Ý nghĩa các số hạng của phương trình như sau dz (1) : Biểu thị sự thay đổi của cao trình đường mặt nước trong sông, có thể âm hoặc dl dương. Q2 (2) 2 : Biểu thị tổn thất dọc đường, luôn luôn dương. K d αv 2 (3) ( ) : Biểu thị sự thay đổi động năng trung bình do biến thiên lưu tốc, có thể âm dl 2g hoặc dương. d v2(4) ξ c .( ) Biểu thị tổn thất cục bộ, luôn luôn dương (chú ý để (4) > 0 thì ξ c có thể âm dl 2g hoặc dương ). Để tính toán ta chuyển phương trình vi phân về phương trình sai phân. Q2 v2 − v2 (3.1) → ∆z = z t − z d = − 2 .∆l + α( d t ) (3.2), 2g K đối với dòng chảy trong sông thiên nhiên thường đơn giản cho ξ c = 0 .Bài giảng thủy lực công trình Trang 35Khoa Xáy Dựng Thủy lợi - Thủy điện Bộ môn Cơ Sở Kỹ Thuật Thủy Lợi d αv 2Nếu bỏ qua cả số hạng biến đổi động năng do lưu tốc thay đổi ( ) thì phương trình ...