Luận án Nghiên cứu xác lập công thức tính toán một số thông số nước nhảy đáy trên kênh dốc thuận có lòng dẫn mở rộng dần - Lê Thị Việt Hà

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH.vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU. viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ.x

MỞ ĐẦU .1

1. Tính cấp thiết của đề tài .1

2. Mục tiêu nghiên cứu.2

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.2

4. Nội dung nghiên cứu .2

5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu .3

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.3

7. Những đóng góp mới của luận án .4

8. Cấu trúc của luận án.5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG NƯỚC NHẢY Ở HẠ LƯU CÔNG

TRÌNH .6

1.1 Nước nhảy ở hạ lưu công trình tháo nước kiểu dốc nước.6

1.2 Một số phương pháp và kết quả nghiên cứu .7

1.2.1 Bài toán phẳng.7

1.2.1 Bài toán không gian hữu hạn .14

1.3 Kết luận chương 1 .15

CHƯƠNG 2 THIẾT LẬP CÔNG THỨC GIẢI TÍCH TÍNH ĐẶC TRƯNG CỦA

NƯỚC NHẢY TRONG LÒNG DẪN MẶT CẮT NGANG HÌNH CHỮ NHẬT MỞ

RỘNG DẦN, ĐÁY DỐC THUẬN VÀ ĐÁY BẰNG .18

2.1 Đặt vấn đề chương 2 .18

2.2 Lý thuyết cơ bản [35] [36] [37] [38].18

2.3 Thiết lập các công thức giải tích tính đặc trưng nước nhảy trong lòng mặt cắt

ngang hình chữ nhật mở rộng dần, đáy dốc thuận, đáy bằng.21

2.3.1 Giả thiết.21

2.3.2 Sự thay đổi chiều sâu tương đối dòng chảy dọc theo chiều dài tương đối

khu xoáy và chiều dài tương đối nước nhảy.22

2.3.3 Hình dạng mặt thoáng trung bình và chiều dài tương đối khu xoáy mặt trong

lòng dẫn dốc .28iv

2.3.4 Quy luật thay đổi vận tốc điểm tương đối ở đáy và vận tốc điểm tương đối

ở mặt trong khu xoáy của nước nhảy .41

2.3.5 Trường hợp riêng: lòng dẫn phi lăng trụ mở rộng dần đáy bằng.44

2.4 Kết luận chương 2 .46

CHƯƠNG 3 KIỂM ĐỊNH CÔNG THỨC LÝ THUYẾT MỚI .47

3.1 Đặt vấn đề chương 3 .47

3.2 So sánh các công thức mới thiết lập với công thức đã có .47

3.2.1 Nước nhảy trong lòng dẫn đáy bằng phi lăng trụ mở rộng dần .47

3.2.2 Nước nhảy trong lòng dẫn lăng trụ đáy dốc.48

3.2.3 Nhận xét chung .50

3.3 Mô hình vật lý thí nghiệm hiện tượng nước nhảy trong lòng dẫn phi lăng trụ

mở rộng dần, đáy dốc thuận .51

3.3.1 Mô tả thí nghiệm .51

3.3.2 Kiểm định thiết bị đo đạc thí nghiệm.52

3.4 Kiểm định công thức lý thuyết mới .54

3.4.1 Kiểm chứng giả thiết phân bố vận tốc điểm .55

3.4.2 Kiểm chứng chiều sâu tương đối và chiều dài tương đối khu xoáy.64

3.4.3 Đường mặt nước trung bình trong khu xoáy.66

3.4.4 Kiểm chứng phân bố vận tốc điểm tương đối

1 1

m n ;

u u

V V

dọc theo chiều dài

khu xoáy .70

3.5 Kết luận chương 3 .73

CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH CÔNG THỨC MỚI THIẾT LẬP VÀ MỞ RỘNG

NGHIÊN CỨU MỚI .74

4.1 Phân tích kết quả tính toán .74

4.1.1 Mối quan hệ giữa chiều dài khu xoáy và chiều dài nước nhảy.74

4.1.2 Ảnh hưởng của độ dốc đáy, góc mở lòng dẫn, số Fr12 và hệ số hình dạng

mặt cắt trước nước nhảy đến đặc trưng hình học của nước nhảy.75

4.2 Đặc trưng của nước nhảy trong lòng dẫn mở rộng dần thay đổi độ dốc.81

4.2.1 Chiều sâu tương đối nước nhảy tại vị trí lòng dẫn có độ dốc thay đổi .82

4.2.2 Chiều sâu tương đối của nước nhảy tại vị trí cuối khu xoáy .84

4.2.3 Chiều sâu tương đối của dòng chảy cuối nước nhảy .86

4.2.4 Chiều dài tương đối khu xoáy, chiều dài tương đối nước nhảy.87v

4.3 Kết luận chương 4 .87

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.89

1. Kết quả đạt được của luận án .89

2. Những đóng góp mới của luận án .89

3. Tồn tại và hướng phát triển .90

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ .92

TÀI LIỆU THAM KHẢO .93

PHỤ LỤC .96

pdf141 trang | Chia sẻ: trungkhoi17 | Lượt xem: 353 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Nghiên cứu xác lập công thức tính toán một số thông số nước nhảy đáy trên kênh dốc thuận có lòng dẫn mở rộng dần - Lê Thị Việt Hà, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
a bh bh bih dh dx tg h b h tg a h                    (2.54) mặt khác từ (2.49): 2 2 2 0 1 1 2 1 2 ' 2 1 ' ' x i h dx Fr a h h                Đạo hàm 2a theo chiều sâu dòng chảy h’: 2 12 ' ' da ik h dh  (2.55) Thay (2.55) vào (2.54) được:     2 2 2 3 2 2 ' 6,36 1,1 0,9 ' ' 0 4 ' 0,45 4,45 1 ' dh tg a a h h dx b tg h b a i h b                    (2.56) 36 Chia hai vế (2.56) cho  11 ik :   2 2 2 1 1 1 2 3 2 1 1 1 ' ' 6,36 1,1 0,9 ' 1 1 1 0 4 4,45 1 ' 0,45 ' 1 1 1 a h dh tg a h k i k i dx b k i tg a i h b h b k i k i k i                                          (2.57) Tiến hành biến đổi số hạng 2 11 a k i       , từ phương trình (2.49) có: 2 2 0 1 1 2 1 2 1 1 2 ' 2 1 ' ' 1 1 x i h dx Fr h h a k i k i                   2 2 20 1 1 1 1 1 2 ' 2 1 ' 1 1 1 x i h dx a Fr h k i k i k i            2 22 2 1 1 21 1 1 1 1 ' ' 2 1 ' 1 1 1 ik h ha Fr h k i k i k i          2 2 2 2 21 1 1 1 1 1 1 1 1 ' 2 1 ' ' 1 1 1 1 a ik h Fr ik h h k i k i k i k i           2 2 2 21 1 1 1 1 1 1 ' 2 1 ' 1 1 1 a ik h Fr ik h k i k i k i                2 22 121 1 1 2 2 1 1 1 1 1' ' 2 1 1 1 1 ikik h Fra h ik ik ik ik                 (2.58) Thay (2.30) vào (2.58) được:   2 2 21 1 1 1 ' ' 2 1 1 a ik h h F G ik ik      37 Từ đấy có hệ phương trình sau:   2 2 21 1 1 1 1 1 ' 1 1 ' 2 a ik h a ik ik a h F G         (2.59) 2.3.3.1 Hình dạng mặt thoáng trung bình và chiều dài tương đối khu xoáy mặt trong lòng dẫn dốc 0,13i  Thay (2.59) vào (2.57), đặt: 2 1 1 4,45 1 1 i k i     (2.60) Sau đó rút gọn phương trình lại thành :         3 211 1 2 2 21 1 1 1 2 21 1 1 1,1 0,94 6,36 ' ' 1 1 ' 0,45 ' 6,36 ' 1,1 iktg tg ik k h h b k i k i dh a h dx a k tg h a b                     (2.61) kết hợp với sử dụng các công thức biến đổi toán học [41], đồng thời thay điều kiện biên của bài toán (2.20) vào phương trình (2.61) trở thành:           2 2 11 1 1 1 12 2 1 1 1 1 1 1 1 1 22 2 2 1 1 1 1 1 1 22 1 1 1 1 1 2 1 1 ' 1 '4 6,36 1,1 0,9 ' ' ' 1 (1 ) 2 (1 ) ' 4 6,36 2 ' (1 ) 2 ' 2 ' 'ln 6,36 ' 2 ' 2 ' 1,1 1,1 h hik k tg ik h h h b ik ik h ik k tg F G h b ik h F G h h h F G k tg h F G h b ik                                                    1 1 11 2 2 2 1 1 1 1 1 1 0,45 ' 2 ' '' 20,9 ar (1 ) ' 2 ' ' x h F G h hh F G ctg ik h F G h h                                                38           2 11 1 1 12 2 1 1 1 1 1 1 1 1 22 2 2 1 1 1 1 1 22 1 1 1 1 1 2 1 1 ' 1 '4 6,36 1,1 0,9 ' ' 1 (1 ) 2 (1 ) ' 4 6,36 2 ' (1 ) 2 ' 2 ' ln 6,36 ' 2 ' 2 ' 1,1 0,9 1,1 (1 h hik k tg ik h h b ik ik h ik k tg F G h b ik h F G h h F G k tg h F G h b ik                                                      1 1 1 1 2 2 2 1 1 1 1 1 1 0,45 ' ' 2 ' '2 ar ) ' 2 ' ' x h h F G h hF G ctg ik h F G h h                                                     2 11 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 2 2 2 1 1 1 1 1 1 2 1 11 1 2 1 1 ' 1 '4 6,36 ' 1,1 0,9 ' 1 (1 ) 2 (1 ) ' 4 6,36 ' 2 ' 2 (1 ) 2 ' ln 6,36 2 2' 1, 1,1 h hik k tg h b ik h ik b b ik h ik k tg h b F G h F G ik b b h F G k tg F Gh b b b                                                       1 1 11 2 21 1 1 1 1 0,45 ' ' 2 1 '21 0,9 ar '(1 ) 2 ' x h h F G hF Gik ctg hik F G h                                                        (2.62) Đặt:         1 1 1 2 1 1 1 1 2 1 1 2 2 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 1 2 3,18 1 1,1 0,9 1 6,36 1,1 2 ' ik k tg A k i ik B k i A E E k tg C B E D a E F G h                                         (2.63) 39 Thay (2.63) vào (2.62) thì hình dạng trung bình của mặt thoáng trong khu nước nhảy được biểu diễn bằng phương trình rút gọn sau:         22 1 12 1 1 1 12 2 2 2 11 1 1 1 1 ln 0,45 ' h h h h h E E x A B C D arctg hE E                    (2.64) Kết hợp phương trình (2.64) với phương trình (2.31) được hệ phương trình tính toán các đặc trưng nước nhảy trong khu xoáy, cuối khu xoáy, cuối nước nhảy trong trường hợp 0,13i  như sau: Chiều sâu tương đối x và chiều dài tương đối ' 1 xl h cuối khu xoáy được biểu diễn bằng các công thức:           22 1 12 1 1 1 12 2 2 2 1 1 1 3 1 1 1 ln 0,45 ' 2 3,12 0 x x x x x x x x E E l A B C D arctg E E h F G F                             (2.65) Chiều sâu tương đối 2 và chiều dài tương đối 2 ' 1 l h cuối nước nhảy:           22 2 1 2 1 2 2 1 2 1 2 1 12 2 2 2 1 1 2 1 3 2 2 1 1 1 ln 0,45 ' 2 2 0 E E l A B C D arctg E E h F G F                             (2.66) Với trường hợp lòng dẫn lăng trụ 0tg  công thức (2.64) sẽ trở về công thức của Hoàng Tư An [6]. 2.3.3.2 Hình dạng mặt thoáng trung bình và chiều dài tương đối khu xoáy mặt trong lòng dẫn dốc 0 0,13i  Theo công thức (2.60) 21 nhận giá trị dương khi 0,13i  còn với 0 0,13i  thì 2 1 0  lúc này hệ phương trình (2.57), (2.59) được biến đổi về dạng: 40    3 2 2 2 2 21 1 1 1 1 1 1 4 6,36 6,36 ' ' 0,9 ' ' 1,1 0,45 ' 1 ik tg dh k h tg h a k h a a h b k i b dx             (2.67) Chia hai vế phương trình (2.67) cho  2 21 'a h được:   3 2 1 1 2 2 2 2 1 1 1 2 2 1 1 12 2 2 2 1 1 4 6,36 ' ' 0,9 1 ' ' ' 0,45 6,36 ' 1 1,1 ' ' ik h h k tg b k i a h a h dh dxtg h a k a b a h a h                      3 2 1 1 2 2 2 2 1 1 1 2 2 1 1 12 2 2 2 1 1 4 6,36 ' ' 0,9 1 ' ' ' 0,45 6,36 ' 1 1,1 ' ' ik h h k tg b k i a h a h dh dx tg h a k a b a h a h                    (2.68) Kết hợp với sử dụng các công thức biến đổi toán học [41], đồng thời thay điều kiện biên của bài toán (2.20) vào phương trình (2.68), trở thành:                       21 1 1 2 1 1 1 3,18 2 1 0,9 1 1 1,18 2 2 ln 0,45 1 2 1 ' 2 2 1 2 ln 2 2 1 h h h h h ik k tg k i F G k tg F G x k i F G h F G F G F G F G F G                                                         (2.69) đặt:       1 1 2 1 2 2 1 2 1 3,18 2 1 0,9 1,18 1 ik k tg A k i B E k tg C k i                   (2.70) 41 Kết hợp phương trình (2.70), (2.69) được phương trình đường mặt nước trung bình trong khu xoáy:           2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 ln ln 0,45 1 1 ' hh h h h E EE x A B C E E E E h                (2.71) Với trường hợp lòng dẫn lăng trụ 0tg  công thức (2.71) sẽ trở về công thức của Hoàng Tư An [6]. Phương trình (2.71) cùng với phương trình (2.31) được hệ phương trình tính toán các đặc trưng nước nhảy trong trường hợp 0 0,13i  . Chiều sâu tương đối x và chiều dài tương đối ' 1 xl h cuối khu xoáy:             2 2 2 2 2 2 2 1 3 1 1 1 ln ln 0,45 1 1 ' 2 3,12 0 xx x x x x x x E EE l A B C E E E E h F G F                         (2.72) Chiều sâu tương đối 2 và chiều dài tương đối 2 ' 1 l h cuối nước nhảy:             2 2 2 22 2 2 2 2 2 2 2 2 1 3 2 2 1 1 1 ln ln 0,45 1 1 ' 2 2 0 E EE l A B C E E E E h F G F                         (2.73) 2.3.4 Quy luật thay đổi vận tốc điểm tương đối ở đáy và vận tốc điểm tương đối ở mặt trong khu xoáy của nước nhảy Biến đổi phương trình (2.1) thành [6]:  ( ) 1 ( ) ' ' m nu u f u f z h d dz h               (2.74) Mặt khác xuất phát từ phương trình (2.17) và (2.18): 1 1 1' 0,45 ' 0,55 'm nV h b u bh u bh  42 Rút gọn phương trình trên tìm được vận tốc điểm mặt nu : 1 1 1' 0,45 ' 0,55 ' m n V h b u bh u bh   1 1 1 1 1 ' 0,45 ' ' 0,55 ' m n bh V u h b u bh h b   1 0,45 0,55 m h n h V u u     (2.75) Thay (2.75) vào (2.74) được công thức tính vận tốc điểm tại tọa độ z:  1 0,45 ( ) 1 ( ) 0,55 m h m h V u u u f f           10,55 ( ) 0,45 1 ( ) 0,55 m h m h h u f V u f u             10,55 ( ) 1 ( ) 0,45 1 ( ) 0,55 m h m h h u f V f u f u               1( ) 0, 45 1 ( ) 0,55 h m h u f V f u           (2.76) Thay công thức (2.76) vào 2 S u dS được:     2 12 ( ) 0, 45 1 ( ) 0,55 h m hS S u f V f u dS dS                         2 1 1 2 2 2 2 12 0 01 1 1 1 2 1 0 ( ) 0, 45 1 ( ) ' 0,3025 2 ( ) ( ) 0, 45 1 ( ) h m hS h m u f d f d VFr b h u dS g u f f f d u                                     (2.77) 43 Thay công thức (2.1) vào (2.77) được: 22 2 2 1 1 1 1 1 ' 0,1131 0,2262 0,416 0,3025 h m h m S u uFr b h u dS g u u                         (2.78) Thay (2.76) vào (2.14), kết hợp với (2.13), (2.20) và (2.24) đồng thời chia số hạng 2 1 1 'gb h được phương trình sau: 2 2 2 12 1 2 2 11 1 1 2 1 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 ' ' '0,1131 2 ' 2 '0,3025 '0,2262 0,416 2 ' h m h m h h u gibkh buFr b h g h bu V h b u b h                                            chia phương trình trên cho 21 1 'gb h và tiến hành biến đổi, rút gọn được:       2 2 2 2 1 1 12 1 1 1 1,337 2 3,678 2 1 1 0m m hh h h u u Fr ik i k V V Fr                               Giải phương trình bậc hai trên, phân bố vận tốc điểm tương đối cực đại 1 mu V theo chiều sâu tương đối h tìm được như sau: 2 2 21 1 2 11 1 1 1 1,3371 1 1 2 2,674 1 1 1 m h h h u Fr i k FrV ik ik ik                              Chia cả tử và mẫu phương trình trên cho 2 , đồng thời kết hợp với phương trình (2.30) được phương trình biến đổi vận tốc điểm tương đối đáy lớn nhất dòng chảy ở lòng dẫn phi lăng trụ mở rộng dần trong khu vực xoáy mặt như sau:  2 1 1,3371 1 2 2,674m h h h u F G V F                (2.79) 44 Thay phương trình (2.80) vào phương trình (2.76) được phương trình biến đổi vận tốc điểm tương đối 1 nu V theo chiều dòng chảy của nước nhảy ở lòng dẫn phi lăng trụ mở rộng dần trong khu vực xoáy như sau: 1 1 1 0,45 0,55 m h n h u u V V      2 1 1,3371 1 0,45 1 2 2,674 0,55 h h h hn h F G Fu V                        2 1 1,337 1 0,45 2 2,674 0,55 h h n h F G u F V          (2.80) 2.3.5 Trường hợp riêng: lòng dẫn phi lăng trụ mở rộng dần đáy bằng Với nước nhảy trong lòng dẫn phi lăng trụ mở rộng dần đáy bằng 0i  , thì hệ phương trình tính toán các đặc trưng nước nhảy là trường hợp riêng của các phương trình (2.69), cụ thể:                 21 2 1 1 2 1 0,9 1 1,18 2 2 ln 0,45 2 1 ' 2 2 1 2 ln 2 2 1 h h h h h k tg F G k tg F G x F G h F G F G F G F G F G                                                         (2.81) Đặt: 45 1 3 3 2 2 1 3 2 0,9 1,18 k tg A B D k tg C                 (2.82) Phương trình đường mặt nước trung bình trong khu xoáy:           2 2 2 3 3 3 2 1 1 1 1 ln ln 0,45 1 1 ' o h oo h h h o o o h o E EE x A B C E E E E h                (2.83) Với trường hợp lòng dẫn lăng trụ 0tg  công thức (2.83) sẽ trở về công thức của Hoàng Tư An [6]. Chiều sâu tương đối x và chiều dài tương đối ' 1 xl h cuối khu xoáy:             2 2 2 3 3 3 2 1 3 2 1 2 1 1 1 ln ln 0,45 1 1 ' 2 3,12 0 1 2 1 o x oo x x x x o o o x o x o o x o o o o o E EE l A B C E E E E h F G F Fr F G E F                                       (2.84) Chiều sâu tương đối 2 và chiều dài tương đối 2 ' 1 l h cuối nước nhảy:             2 2 22 2 2 3 2 3 2 3 2 2 1 3 2 2 1 1 1 ln ln 0,45 1 1 ' 2 2 0 o oo o o o o o o o E EE l A B C E E E E h F G F                         (2.85) Khi lòng dẫn không mở rộng thì công thức:  32 22 2 0o o oF G F      46 chính là công thức của Dumitru Dumitrescu và Ernest Răzvan [5]. Quy luật phân bố vận tốc điểm tương đối ở đáy theo chiều dài dòng chảy khu xoáy:  2 1 1,3371 1 2 2,674m h o o h h o u F G V F                (2.86) Quy luật phân bố vận tốc điểm tương đối trên mặt theo chiều dài dòng chảy khu xoáy:  2 1 1,337 1 0,45 2 2,674 0,55 h o o h on h F G Fu V          (2.87) 2.4 Kết luận chương 2 Như vậy, dựa trên những lý thuyết cơ bản của cơ học chất lỏng, cùng với một số giả thiết, tác giả luận án đã tiến hành thiết lập các công thức tính toán một số đặc trưng của nước nhảy trên lòng dẫn có mặt cắt ngang hình chữ nhật mở rộng dần, đáy bằng hoặc dốc thuận. Kết quả thu được các phương trình sau: - Phương trình chiều sâu tương đối của dòng chảy cuối khu xoáy và sau nước nhảy (2.31); - Phương trình đường mặt nước trung bình khu xoáy trong 3 trường hợp độ dốc lòng dẫn (2.64), (2.71), (2.83); - Phương trình tính toán chiều dài tương đối cuối khu xoáy mặt (2.65), (2.72), (2.84); - Phương trình tính toán chiều dài tương đối cuối nước nhảy (2.66), (2.73), (2.85); - Phương trình phân bố vận tốc điểm tương đối tại đáy (2.79), (2.86) và vận tốc điểm tương đối tại mặt dọc theo chiều dài khu xoáy (2.87), (2.80). Tuy nhiên, các phương trình giải tích vừa được thiết lập ở trên có phù hợp thực tế dòng chảy hay không thì cần phải kiểm chứng. 47 CHƯƠNG 3 KIỂM ĐỊNH CÔNG THỨC LÝ THUYẾT MỚI 3.1 Đặt vấn đề chương 3 Nhằm đánh giá độ tin cậy các công thức mới của luận án, tác giả tiến hành so sánh các công thức mới thiết lập với công thức đã có đồng thời tiến hành thí nghiệm trên mô hình vật lý. Điều này quan trọng và cần thiết. 3.2 So sánh các công thức mới thiết lập với công thức đã có So sánh kết quả tính toán chiều sâu dòng chảy cuối nước nhảy theo công thức vừa được thiết lập với các công thức đã được đề cập ở chương 1. Kết quả so sánh thể hiện ở những nội dung sau: 3.2.1 Nước nhảy trong lòng dẫn đáy bằng phi lăng trụ mở rộng dần Với trường hợp lòng dẫn phi lăng trụ đáy bằng mở rộng dần, tiến hành so sánh kết quả tính toán chiều sâu tương đối sau nước nhảy theo các công thức đã có với công thức mới được thiết lập (2.85). Kết quả tính toán được thể hiện ở bảng 3.1 và hình 3.1. Từ bảng và đồ thị có thể nhận thấy kết quả tính chiều sâu tương đối sau nước nhảy 2 giữa các phương pháp là khác nhau. Tuy nhiên sai số này nhỏ hơn hoặc bằng 5%. Sự chênh lệch kết quả tính toán này nằm trong phạm vi cho phép, cũng có nghĩa là công Hình 3.1 Quan hệ giữa 2 với Fr12 trong trường hợp 0,03; 0,04; 0tg i    5 6 7 8 9 10 11 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2 Fr1 2 P.K Tsveskov F. I Picalov Razvan O. F Vaxiliep Nguyễn Văn Mạo Luận án 48 thức mới được kiến nghị (2.85) phù hợp với các kết quả nghiên cứu đã có trên thế giới và ở Việt Nam. 3.2.2 Nước nhảy trong lòng dẫn lăng trụ đáy dốc Hiện tượng nước nhảy trong lòng dẫn lăng trụ dốc, công thức mới thiết lập được chia làm hai trường hợp 0,13i  và 0 0,13i  . Với 0,13i  , so sánh công thức (2.67) với các công thức của tác giả G. K Intsep [42] và Hoàng Tư An. Còn với 0 0,13i  , so sánh công thức (2.74) với các công thức của tác giả B. A. Bakhmeteff, Kôxiacôva và Hoàng Tư An. Kết quả so sánh được thể hiện trong bảng 3.2, hình 3.2 và hình 3.3. Bảng 3.1 Bảng quan hệ giữa 2 với Fr12 trường hợp 0,03; 0,04; 0tg i    TT Fr12 Giá trị 2 theo các phương pháp tính toán P. K Tsveskov F. I Picalov Razvan (Rumani) O. F Vaxiliép Nguyễn V. Mạo Luận án (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 1 20 5,80 5,80 5,67 5,75 5,80 5,74 2 25 6,50 6,50 6,35 6,44 6,54 6,43 3 30 7,10 7,10 6,95 7,06 7,17 7,04 4 35 7,70 7,70 7,52 7,63 7,77 7,60 5 40 8,30 8,30 8,02 8,19 8,32 8,11 6 45 8,80 8,80 8,50 8,63 8,83 8,59 7 50 9,30 9,30 8,95 9,06 9,32 9,03 8 55 9,75 9,75 9,36 9,50 9,77 9,45 9 60 10,10 10,10 9,76 9,94 10,21 9,84 49 Từ bảng tính toán và hình 3.2 nhận thấy với 0,13i  thì kết quả tính toán chiều sâu tương đối sau nước nhảy 2 từ công thức của Hoàng Tư An và Luận án sai khác so với công Bảng 3.2 Bảng quan hệ giữa 2 và 2 1Fr trong lòng dẫn lăng trụ đáy dốc TT Fr12 2 i=0.05;  = 0,037 i=0.15,  = 0,0434 B. A. Bakhmeteff G. N Kôxiacôva Hoàng Tư An và Luận án G. K Intsep Hoàng Tư An và Luận án Sai Số (%) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (8) (9) 1 20 7,38 7,13 7,57 9,00 9,32 -3,4 2 25 8,32 8,13 8,40 10,09 10,36 -2,6 3 30 9,16 9,04 9,15 11,18 11,30 -1,0 4 35 9,92 9,89 9,84 12,26 12,16 0,8 5 40 10,63 10,68 10,48 13,35 12,96 3,0 6 45 11,44 11,09 14,44 13,72 5,3 7 50 12,15 11,66 15,53 14,43 7,6 8 55 12,83 12,20 16,61 15,11 9,9 9 60 13,48 12,72 17,70 15,76 12,3 Hình 3.2 Quan hệ 2 với Fr12 trong lòng dẫn lăng trụ 0,15; 0,0434i   8 10 12 14 16 18 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2 Fr1 2 G. K Intsep Hoàng Tư An và Luận Án 50 thức kinh nghiệm Intsep, số Fr12 càng tăng thì sai số càng lớn do sự xuất hiện hàm khí trong nước nhảy. Tuy nhiên với Fr12  45 thì sai khác này là chấp nhận được. Còn đối với trường hợp 0 0,13i  , kết quả tính toán chiều sâu tương đối sau nước nhảy 2 từ công thức kiến nghị từ luận án (2.73) khá phù hợp với các công thức đã được nghiên cứu từ trước với sai số tính toán nhỏ hơn 5%. 3.2.3 Nhận xét chung Từ các mục 3.3.1, 3.3.2 có thể thấy rằng: Với các giả thiết khác nhau thì công thức cũng như kết quả tính toán chiều sâu sau nước nhảy khác nhau. Công thức tính toán mới được thiết lập cho kết quả chiều sâu tương đối của dòng chảy cuối nước nhảy phù hợp với công thức của các tác giả khác. Khi số Fr12 càng tăng thì khoảng cách sai số giữa công thức mới của luận án và các công thức kinh nghiệm càng tăng. Nguyên nhân là do lòng dẫn có độ dốc càng lớn thì độ hàm khí trong nước nhảy và trong dòng chảy càng lớn Hình 3.4. Trong khi đó, để thành lập công thức mới, tác giả luận án đã không tính đến ảnh hưởng của hàm khí, giả thiết (2). Hình 3.3 Quan hệ giữa 2 với Fr12 trong lòng dẫn lăng trụ 0,05; 0,037i   6 8 10 12 14 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2 Fr1 2 B. A. Bakhmeteff G.N Kôxiacôva Hoàng Tư An và Luận Án 51 3.3 Mô hình vật lý thí nghiệm hiện tượng nước nhảy trong lòng dẫn phi lăng trụ mở rộng dần, đáy dốc thuận Dựa vào lý thuyết mô hình vật lý và kỹ thuật đo đạc [43], hiện tượng nước nhảy trong lòng dẫn phi lăng trụ mở rộng dần đáy dốc đã được kiểm chứng qua mô hình xây dựng ngoài bãi thí nghiệm thủy lực của trường Đại học Thủy lợi. (Xem sơ đồ hình 3.5). 3.3.1 Mô tả thí nghiệm Mô hình vật lý thí nghiệm gồm: - Kính hữu cơ làm lòng dẫn, khe van, cửa phai. Lòng dẫn được thiết kế mở rộng dần, đỡ trên khung sắt, kích thước bề rộng đầu máng kính là 0,277m; bề rộng cuối máng kính Hình 3.4 Hình ảnh bọt khí trong nước nhảy Hình 3.5 Sơ đồ thí nghiệm trên mô hình vật lý mô phỏng nước nhảy 52 là 0,491m; chiều dài máng kính 2,44m; trong lòng dẫn có cửa van dạng phai có thể điều chỉnh độ mở tùy ý. - Máng lăng trụ bằng gạch xây trát vữa xi măng, bề rộng 0,491m; chiều dài 1,5m; ở cuối có cửa van dạng phai có thể điều chỉnh độ mở. Kính hữu cơ có hệ số nhám: n = 0,008 – 0,009, dày 10mm. Có thể quan sát bằng mắt thường vị trí nước nhảy, các khu xoáy cuộn, xoáy cục bộ và những điều kiện thủy lực khác. Mục đích của việc thiết kế cửa van dạng phai ở thượng và hạ lưu mô hình nhằm điều chỉnh vị trí nước nhảy cho phù hợp. Bên cạnh đó kết hợp với điều chỉnh lưu lượng nước cấp để đạt được số Fr12 theo ý muốn. Tác giả tiến hành thí nghiệm mô hình với các độ dốc lòng dẫn lần lượt là 0,156; 0,036; 0,0; số Froude ở mặt cắt đầu nước nhảy Fr12 thay đổi trong khoảng 20 đến 65. 3.3.2 Kiểm định thiết bị đo đạc thí nghiệm - Các bộ phận của mô hình gồm đáy và thành bên của lòng dẫn được chế tạo bằng kính hữu cơ, phần kênh lăng trụ được đánh bóng bằng xi măng có độ nhám thỏa mãn yêu cầu thí nghiệm. Toàn bộ khoảng cách, cao độ trong mô hình đảm bảo độ chính xác cho phép. - Cao độ kênh dẫn hạ lưu, được đo bằng máy thủy bình Sokia và thước thép có độ chính xác 1/10 mm - Khoảng cách, mặt cắt ngang, mặt cắt dọc và các chi tiết khác được kiểm tra bằng thước thép kẹp có độ chính xác 1/10 mm, thước thép có vạch chia 1,0mm, đảm bảo sai số tuyệt đối về các kích thước dài không vượt quá 1,0mm - Đo lưu lượng ở phía thượng lưu đập : Sử dụng đập tràn thành mỏng của chữ nhật. Mực nước được đo bằng các bình đo với kim đo có độ chính xác 0,1mm. - Vận tốc điểm và vận tốc điểm mạch động được đo bằng máy điện tử P.EMS do Hà lan chế tạo với đầu đo E30 có độ sai số dưới 0,1%. Thiết bị này kết nối với máy tính và được xử lý bằng phần mềm của Trường Đại học Thủy lợi. Kết quả đưa ra giá trị vận tốc trung bình, vận tốc lớn nhất, vận tốc nhỏ nhất, cường độ mạch động vận tốc trung bình, 53 cường độ mạch động vận tốc lớn nhất, cường độ mạch động vận tốc nhỏ nhất ở tại vị trí các điểm đo. Sau khi kiểm định dụng cụ đo đạc mô hình, tiến hành đánh giá sai số kết quả đo đạc như sau: Sai số các điểm đo cao độ và chiều dài (m): - Sai số về địa hình và các cao độ khác tại các điểm khống chế : ± 1,0 mm. - Sai số về kích thước các bộ phận chế tạo bằng kính hữu cơ: ± 0,5mm. - Sai số đo cao độ theo máy thủy bình Sokkia là 1,0 mm. - Sai số về cao độ đường mặt nước của dòng chảy, chiều cao sóng, chiều sâu dòng chảy và các đại lượng cao độ khác: ± 2 mm. - Các sai số về độ dài được đánh giá theo thang đo trên dụng cụ thước thép là : ± 0,5 mm. Sai số đo lưu lượng: - Sai số kim đo mực nước đập tràn thành mỏng tại máng lường sai số kim đo không vượt quá 0,5 mm. Theo công thức đo lưu lượng, ta có sai số tương đối [43]: 3 (%) (0.00063 0.0106) 1% 2 e e hQ b Q b h             (3.1) trong đó: b = 0,9m ; sai số chiều rộng Δb = 1mm; sai số mực nước Δh = 0,5mm ; độ cao cột nước trên máng đo tối thiểu hmin = 100mm. Sai số đo vận tốc, với Q V   thì sai số tương đối của vận tốc được tính theo công thức sau [43]: V Q V Q        (3.2) Với sai số đo diện tích: 54 0,5 0,5 (%) 0,1% 1000 1000 h b h b           (3.3) b, h : Chiều cao và chiều rộng của tràn trên mô hình có sai số tuyệt đối 1mm khi chế tạo ; Sai số dụng cụ đo vận tốc theo đặc tính kỹ thuật của máy là 1,0 % (được phản ánh qua mạch động vận tốc điểm và cường độ rối) Vậy sai số của tổng vận tốc là: (%) 1% 0,1% 1% 2,1% V V      Kết luận: Mô hình và các thiết bị đo đạt tiêu chuẩn để thí nghiệm 3.4 Kiểm định công thức lý thuyết mới Ở chương 2 đã đề cập đến việc tính toán một số đặc trưng của nước nhảy trong lòng dẫn có mặt cắt ngang lòng dẫn hình chữ nhật, mở rộng dần đáy bằng và đáy dốc thuận  0i  , bao gồm các công thức mới sau: - Quy luật phân bố vận tốc điểm theo chiều sâu dòng chảy trong khu xoáy theo công thức (2.1); - Đường mặt nước trung bình trong khu xoáy mặt được tính toán theo các công thức (2.64), (2.71), (2.83); - Chiều sâu tương đố

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfluan_an_nghien_cuu_xac_lap_cong_thuc_tinh_toan_mot_so_thong.pdf
Tài liệu liên quan