Xây dựng quy trình tính toán cao trình đáy bể tiêu năng định hình theo mẫu của USBR

Bài viết Xây dựng quy trình tính toán cao trình đáy bể tiêu năng định hình theo mẫu của USBR đề xuất quy trình tính toán độ sâu bể tiêu năng (theo mẫu của USBR) trên cơ sở đánh giá ảnh hưởng của các mố tiêu năng đến hệ số lưu tốc và xây dựng công thức tính hệ số lưu tốc.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xây dựng quy trình tính toán cao trình đáy bể tiêu năng định hình theo mẫu của USBR Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2016. ISBN : 978-604-82-1980-2 XÂY DỰNG QUY TRÌNH TÍNH TOÁN CAO TRÌNH ĐÁY BỂ TIÊU NĂNG ĐỊNH HÌNH THEO MẪU CỦA USBR Hồ Việt Hùng, Lê Xuân Hiền Trường Đại học Thủy lợi, email: hienlx@tlu.edu.vn 1. GIỚI THIỆU CHUNG hàng răng. Theo [2], độ sâu trước nước nhảy Hiện nay khi tính toán các dạng bể tiêu của bể loại 2 được tính từ phương trình (1). năng theo mẫu của Cục khai khoang Hoa Kỳ Cao trình đáy bể tiêu năng tính theo công (USBR), tổn thất năng lượng qua tràn được thức (2). Độ sâu sau nước nhảy tính theo ước tính theo chênh lệch mực nước thượng công thức (3). 3 2 lưu và hạ lưu ngay sau tràn. Tuy nhiên theo 1,315d1 − (Zo − ZH )d1 các số liệu thực đo của Peterka [4], tỉ lệ giữa 1, 421q 1,5 q2 tổn thất năng lượng qua tràn và chênh lệch − d1 + =0 (1) mực nước thượng hạ lưu ngay sau tràn thay g 2gϕ2 đổi từ 2% đến 41%, một khoảng dao động 1, 421q Zb = ZH − + 0,315d1 (2) lớn. Do đó kết quả tính toán bể tiêu năng của gd1 USBR bị ảnh hưởng bởi chủ quan của người tính. Nhằm khắc phục vấn đề trên, báo cáo 1,353q d2 = − 0,3d1 (3) này đã thiết lập công thức tính hệ số lưu tốc gd1 ϕ của đập tràn có mố tiêu năng ở chân đập, Trong đó: d1 và d2 - độ sâu trước và sau đồng thời đề xuất quy trình tính toán chiều nước nhảy; Zo - mực nước thượng lưu bao sâu bể tiêu năng loại 2 và 3 của USBR. gồm cả vận tốc Vo; ZH - mực nước hạ lưu; Zb - cao trình đáy bể; φ - hệ số lưu tốc của đập 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU tràn; q - lưu lượng đơn vị sau tràn; g - gia tốc Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết về nước trọng trường. nhảy, bể tiêu năng và hệ số lưu tốc của đập tràn thực dụng, thu thập các tài liệu trong và ngoài nước về đập tràn và bể tiêu năng. Các tác giả đã sử dụng Microsoft Excel để tính toán, vẽ đồ thị, phân tích các mối liên hệ, từ đó xây dựng công thức liên quan đến nội dung nghiên cứu. 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Hình 1: Bể tiêu năng loại 2 (theo USBR) [4] Bể tiêu năng loại 3 áp dụng cho các đập 3.1. Công thức tính cao trình đáy bể tràn nhỏ, hoặc tiêu năng sau cống ngầm và Bể tiêu năng loại 2 áp dụng cho các đập các công trình kênh nhỏ; vận tốc không vượt tràn thực dụng có chiều cao lớn và các công quá 15 m/s đến 18 m/s, số Froude trước nước trình kênh lớn, số Froude trước nước nhảy nhảy trên 4,5 và lưu lượng đơn vị nhỏ hơn 20 trên 4,5 và vận tốc trên 15 m/s [3]. Chiều cao m2/s [1; 3]. Ngoài ra, phải đảm bảo rằng các của đập tràn có thể tới 60 m [4]. Bể này có mố này có thể tự làm sạch, không bị lắng các mố ở ngay chân đập tràn, cuối bể có một đọng bùn cát, lấp các mố. Theo [2] để đảm 329 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2016. ISBN : 978-604-82-1980-2 bảo an toàn, với bể loại 3, độ sâu d1 có được giữa hệ số ϕ với chiều rộng mố tiêu năng từ phương trình (4), cao trình đáy bể và độ (Hình 4). sâu d2 được tính lần lượt theo công thức (5) và (6). Tuy nhiên, để áp dụng các công thức này cần biết hệ số lưu tốc ϕ. 3 2 1, 412q 1,5 1,359d1 − (Zo − ZH )d1 − d1 g (4) q2 + =0 2gϕ2 Hình 4: Quan hệ giữa hệ số ϕ và chiều rộng mố 1, 412q Zb = ZH − + 0,359d1 (5) Từ đồ thị thấy rằng, hệ số lưu tốc ϕ tập gd1 trung phần lớn trong khoảng từ 0,85-0,95. 1, 412q Ngoài tác động của cửa vào và chiều dài tràn, d2 = − 0,359d1 (6) chiều rộng mố tiêu năng cũng có ảnh hưởng gd1 tương đối rõ ràng đến hệ số lưu tốc ϕ. Mặt khác, từ PTNL nói trên có thể tính được tổng tổn thất năng lượng hL. V12 h L = ΔH o − (9) 2g Trong đó: ΔH o - chênh lệch mực nước thượng lưu và mực nước ngay trước nước Hình 2: Bể tiêu năng loại 3 (theo USBR) [4] nhảy, có tính đến cột nước lưu tốc tới gần; V1 3.2. Công thức tính hệ số lưu tốc ϕ - vận tốc trước nước nhảy. Theo số liệu thí nghiệm của [4], các tác giả báo cáo đã vẽ quan hệ giữa hệ số lưu tốc với tỉ số k (Hình 5); trong đó k là tỉ số giữa tổn thất năng lượng và năng lượng đơn vị E, k = hL/E. Hình 3: Sơ đồ tính toán đập tràn có mố tiêu năng ...