Bài giảng Thủy lực - Lê Song Giang
TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA Tp HCM
BAØI GIAÛNG
THUÛY LÖÏC
PGS.TS. LEÂ SONG GIANG
Bm CÔ LÖU CHAÁT
P. 304 B4
1
CHƯƠNG 1
DOØNG CHAÛY ÑEÀU TRONG KEÂNH HÔÛ
1. Caùc khaùi nieäm.
2. Tính toùan doøng chaûy ñeàu trong keânh hôû.
3. Xaùc ñònh heä soá nhaùm.
4. Maët caét lôïi nhaát veà maët thuûy löïc
2
1. CAÙC KHAÙI NIEÄM (1/1)
°
Doøng chaûy trong keânh hôû: laø doøng chaûy 1 chieàu coù maët thoaùng (aùp suaát treân
ñoù coù theå baèng hoaëc khaùc aùp suaát khoâng khí trôøi)
V2 2g
°
Caùc thoâng soá:
E
P
°
h – ñoä saâu
E
°
i – ñoä doác ñaùy (i=sin)
P
Q
°
Phaân bieät:
h
°
- keânh
- doác nöôùc
i 1
i
°
i = O
( )
1
°
°
Ñoä ñoác nhoû => Ñöôøng ño aùp P-P truøng vôùi maët thoaùng
=> Maët caét öôùt tính toaùn = maët caét ngang thaúng ñöùng
Trang thaùi chaûy:
°
Chaûy taàng (ReR < 560)
°
Chaûy roái
°
°
Doøng chaûy ñeàu: laø doøng chaûy maø caùc ñaëc tröng cuûa noù (vaän toác, ñoä saâu,
dieän tích maët caét ngang…) khoâng ñoåi doïc theo doøng chaûy.
Doøng chaûy ñeàu chæ xaûy ra trong keânh laêng truï coù i > 0
3
2. TÍNH TOAÙN DOØNG CHAÛY ÑEÀU TRONG KEÂNH HÔÛ (1/3)
2.1 Coâng thöùc Chezy
°
Tính toaùn doøng chaûy trong keânh, ngöôøi ta thöôøng duøng coâng thöùc Chezy:
V = C Ri
Hay
K = AC R - modulelöulöôïng
Q = AC Ri = K i
°
°
Caùc thoâng soá:
°
A, R – Dieän tích maët caét öôùt vaø chu vi öôùt
C – Soá Chezy
°
Coâng thöùc Manning
1
C = R1/ 6
m
h
n
2.2 Caùc baøi toaùn cô baûn (xeùt keânh hình thang)
Phaân tích:
b
°
°
Soá ptrình: 1 (cthöùc Chezy)
Cho 5 thoâng soá, hoûi thoâng soá coøn laïi (hoaëc hoûi 2
°
Soá thoâng soá: 6 (b, h, m, n, i, Q)
thoâng soá thì phaûi cho theâm 1 ñieàu kieän nöõa)
4
2. TÍNH TOAÙN DOØNG CHAÛY ÑEÀU TRONG KEÂNH HÔÛ (2/3)
a. Baøi toaùn 1
°
Baøi toaùn: Cho b, h, m, n. Bieát i hoûi Q (hoaëc bieát Q hoûi i)
°
Thuaät giaûi:
°
°
°
Tính A, P R
Tính C K
Tính Q = K i
hoaëc i = Q2 K2
b. Baøi toaùn 2
°
Baøi toaùn: Cho m, n, i vaø Q. Bieát b hoûi h (hoaëc bieát h hoûi b)
°
Thuaät giaûi: pphaùp gaàn ñuùng, chaúng haïn pphaùp ñoà thò
°
°
°
°
Tính module löu löôïng cuûa keânh
Cho h vaøi giaù trò, tính module löu löôïng töông öùng K(h)
Veõ ñoà thò K = f(h)
KC =Q i
Duøng ñoà thò xaùc ñònh h sao cho K(h) = KC.
c. Baøi toaùn 3
°
Baøi toaùn: Cho m, n, i vaø Q. Hoûi b vaø h, bieát theâm (=b/h) hoaëc V
°
Thuaät giaûi: cuõng duøng pphaùp gaàn ñuùng, chaúng haïn pphaùp ñoà thò
5
2. TÍNH TOAÙN DOØNG CHAÛY ÑEÀU TRONG KEÂNH HÔÛ (3/3)
d. Tính toaùn doøng chaûy trong coáng troøn
h/D
°
Duøng ñoà thò
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
P/Png
A/Ang
K/Kng
h
B/D
V/Vng
R/Rng
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3
Caùc thoâng soá cuûa keânh maët caét hình troøn
Kng =D8/3 n45/3 = 0.3117D8/3 n
Ghi chuù: ngaäp => h=D
Caùc baøi toaùn:
°
Q = K i
°
Cho h, D, n. Bieát i hoûi Q (hoaëc bieát Q hoûi i): h/D => K/Kng => K =>
°
Cho D, n, i, Q. Hoûi h: => KC/Kng => h/D => h
KC =Q i
6
3. XAÙC ÑÒNH HEÄ SOÁ NHAÙM (1/2)
3.1 Tröôøng hôïp maët caét keânh ñôn giaûn
°
Phöông phaùp SCS (soil Conversation Service Method): öôùc ñònh heä soá n
baèng caùch choïn heä soá n cô baûn cho con keânh trong tröôøng hôïp tieâu chuaån.
Sau ñoù tuøy theo ñieàu kieän thöïc teá maø hieäu chænh heä soá n baèng caùch coäng
hoaëc nhaân vôùi caùc soá hieäu chænh
°
°
Phöông phaùp duøng baûng: heä soá n cho nhöõng keânh thöôøng gaëp ñöôïc xaùc ñònh
theo kinh nghieäm hoaëc thöïc nghieäm vaø laäp thaønh baûng ñeå tra cöùu.
Phöông phaùp duøng hình aûnh: töø nhöõng con keânh thöïc teá ngöôøi ta ño ñaïc vaø
xaùc ñònh heä soá n, sau ñoù chuïp aûnh vaø saép xeáp thaønh töøng loaïi. Khi tính toaùn
döïa vaøo caùc hình aûnh caùc keânh coù saün n vaø öôùc ñònh heä soá nhaùm n.
°
°
Phöông phaùp duøng bieåu ñoà löu toác
(x −1)h1 6
n =
(
x =U0.2 U0.8
)
6,78(x +0,95)
Phöông phaùp coâng thöùc thöïc nghieäm:
n = 0.047d1/ 6
n = 0.013d
°
°
°
Simons vaø Sentruk (1976):
Raudkivi (1976):
Meyer vaø Peter (1948)
1/ 6
65
1/ 6
90
n = 0.038d
7
3. XAÙC ÑÒNH HEÄ SOÁ NHAÙM (2/2)
3.2 Tröôøng hôïp maët caét keânh phöùc taïp
°
Mcaét öôùt cuûa keânh ñöôïc chia ra thaønh nhieàu phaàn ñôn giaûn vaø heä soá nhaùm
ne cuûa toaøn boä maët caét ñöôïc tính töø heä soá nhaùm cuûa caùc phaàn.
°
Moät soá coâng thöùc:
2 3
N
Pn3 2
i
i
i=1
ne =
P
1 2
N
Pn2
i=1
i
i
ne =
ne =
P
PR5 3
5 3
N
A3
A1
PR
i
i
A2
ni
i=1
n1, P1
n3, P3
N
n A
i
i
n2, P2
i=1
ne =
A
8
4. MAËT CAÉT LÔÏI NHAÁT VEÀ MAËT THUÛY LÖÏC (1/1)
°
°
°
Ñònh nghóa: Maët caét lôïi nhaát veà maët thuûy löïc laø maët caét maø vôùi löu löôïng
cho tröôùc vaän toác doøng chaûy trong keânh ñaït giaù trò lôùn nhaát, dieän tích maët
caét öôùt laø nhoû nhaát.
A, P
V
Baøi toaùn xaùc ñònh maët caét lôïi nhaát veà maët
thuûy löïc moät caùch toång quaùt cho moïi daïng
maët caét laø raát khoù vaø khoâng thöïc teá.
A
P
Xeùt tröôøng hôïp maët caét hình thang. Dieãn
bieán moät soá thoâng soá cuûa maët caét theo beà
roäng töông ñoái cho treân hình.
V
°
°
Maët caét öùng vôùi H laø lôïi nhaát veà maët tlöïc
Taïi H
H
=b/h
d
=
dA
= 0
= 0
H
H = 2
1+ m2 − m
dP
d
=
H
°
Ghi chuù: Maët caét lôïi nhaát veà maët tlöïc khoâng coù nghóa laø lôïi nhaát veà kinh teá
9
CHƯƠNG 2
DOØNG KHOÂNG ÑEÀU BIEÁN ÑOÅI
CHAÄM TRONG KEÂNH HÔÛ
1. Caùc khaùi nieäm.
2. Phöông trình vi phaân cô baûn cuûa doøng khoâng ñeàu.
3. Möôøi hai daïng ñöôøng maët nöôùc.
4. Döïïng ñöôøng maët nöôùc baèng pp sai phaân höõu haïn.
5. Doøng khoâng ñeàu coù nhaäp löu
10
1. CAÙC KHAÙI NIEÄM (1/3)
V2 2g
1.1 Naêng löôïng rieâng cuûa maët caét
E
P
°
Ñònh nghóa: Naêng löôïng rieâng cuûa
maët caét E0 laø naêng löôïng toaøn phaàn
cuûa 1 ñôn vò troïng löôïng chaát loûng
tính vôùi maët chuaån naèm ngang ñi
qua ñieåm thaáp nhaát cuûa maët caét ñoù:
E
P
E
E0
0d
h
a
0d
i
V2
2g
Q2
2gA2
0
0
E0 = h+
= h+
h
°
Ñoà thò E0 = f(h) coù 2 tieäm caän vaø 1 cöïc trò.
E0
h
V2 2g
1.2 Ñoä saâu phaân giôùi (hcr)
°
Ñònh nghóa: Ñoä saâu phaân giôùi hcr laø ñoä saâu
cuûa maët caét maø öùng vôùi löu löôïng cho tröôùc
naêng löôïng rieâng cuûa maët caét ñaït cöïc tieåu.
hcr
Q=const
E0min
°
Coäng thöùc:
Ac3r Q2
E0
dE
dh
h=h
0
= 0
=
Bcr
g
cr
11
1. CAÙC KHAÙI NIEÄM (2/3)
°
°
°
°
Tröôøng hôïp keânh maët caét chöõ nhaät
Q2
q2
3
3
hcr =
=
gb2
g
Tröôøng hôïp keânh maët caét tam giaùc
2Q2
5
hcr =
gm2
Tröôøng hôïp keânh maët caét hình thang (gaàn ñuùng):
N
3
mhcrCN
b
h = 1−
+ 0,105 2 h
=
N
cr
crCN
N
Tröôøng hôïp keânh maët caét hình troøn (gaàn ñuùng):
2 0,25
1,01 Q
hcr
hcr =
0,02
0,85
d0,26
g
d
12
1. CAÙC KHAÙI NIEÄM (3/3)
1.3 Ñoä ñoác phaân giôùi (icr)
°
Ñònh nghóa: Ñoä doác phaân giôùi laø ñoä doác maø öùng vôùi löu löôïng cho tröôùc ñoä
saâu doøng ñeàu trong keânh h0 baèng vôùi ñoä saâu phaân giôùi hcr.
°
Coâng thöùc:
g P
cr
icr =
Q = C0 A0 R0i = Ccr Acr Rcricr
Cc2r Bcr
1.4 Soá Froude (Fr) vaø traïng thaùi chaûy
°
Soá Froude:
Q2 B
Fr2 =
g A3
°
Ba traïng thaùi chaûy:
°
°
°
- Chaûy eâm khi h > hcr
- Chaûy xieát khi h < hcr
- Chaûy phaân giôùi khi h = hc
=> Fr < 1
=> Fr > 1
=> Fr = 1
13
2. P.TRÌNH VI PHAÂN CÔ BAÛN CUÛA DOØNG KHOÂNG ÑEÀU (1/1)
°
Xeùt ñoaïn keânh daøi ds. Ñoä doác thuûy löïc:
E
P
dhl
dz
2
V2 2g
dhl
ds
dE
ds
d
ds
p V
E
P
J =
= −
= −
z+ +
2g
V
h
a
°
Phaân tích:
z
ds
d
ds
p
d
ds
dh
ds
z + =
(
a + h
)
= −i +
→
0
0
2
d V
Q2 1 dA
Q2 1 A
dh
ds
2
d Q 1
=
= −
= −
+ B
→
→
2
g A3 ds
g A3 s
ds 2g
ds 2g A
Q2
J =
A2C2R
°
Thay vaøo ptrình ñaàu vaø ruùt ra:
2
Q2
A C R
C R A
i −
1−
Q2
A2C2R
Ñvôùi keânh laêng truï:
2
2
gA s
dh
ds
i −
=
Q2 B
dh
ds
=
Q2 B
1−
g A3
1−
g A3
14
3. MÖÔØI HAI DAÏNG ÑÖÔØNG MAËT NÖÔÙC (1/4)
3.1 Giôùi thieäu
°
Xeùt keânh laêng truï, phöông trình vi phaân cô baûn:
Q2
i −
A2C2R
dh
a
b
c
N
K
=
Q2 B
ds
1−
g A3
N
K
h0
hcr
°
°
Xeùt keânh coù mcaét môû roäng theo h:
=> K ñoàng bieán theo h
=> Fr nghòch bieán theo h
Ñeå ñònh daïng ñöôøng maët nöôùc caàn veõ theâm 2 ñöôøng hoã trôï N-N vaø K-K chia
keânh thaønh 3 vuøng a; b; vaø c.
3.2 Tröôøng hôïp i > 0
°
Ptrình vi phaân cô baûn vieát laïi:
dh 1− K02 K2
= i
ds
1− Fr2
15
3. MÖÔØI HAI DAÏNG ÑÖÔØNG MAËT NÖÔÙC (2/4)
a. Tröôøng hôïp icr > i > 0 (h0 > hcr)
°
Giaû söû h > h0 > hcr:
- h > h0 => K > K0 => TS > 0
- h > hcr => Fr <1 => MS > 0
dh
ds
=> Ñöôøng nöôùc daâng
=> Tieäm caän xieân
0
dh
- h → => K → => TS → 1
=> Fr → 0 => MS → 1
→ i
ds
- h → h0 => K → K0 => TS → 0
dh
ds
=> Tieäm caän ngang
→ 0
=> Fr < 1 => MS > 0
a
aI
°
Khi h0 > h > hcr vaø h0 > hcr > h:
phaân tích töông töï
N
B
B
N
bI
b
W
W
W
W
K
cI
K
c
h0
hcr
icr > i > 0
s
16
3. MÖÔØI HAI DAÏNG ÑÖÔØNG MAËT NÖÔÙC (3/4)
b. Tröôøng hôïp i > icr (h0 < hcr)
B
N
B
aII
K
W
W
W
a
N
K
W
bII
hcr
b
cII
h0
c
i > icr
c. Tröôøng hôïp i = icr (h0 = hcr)
N, K
a
c
aIII
cIII
N, K
hcr=h0
i = icr
s
17
3. MÖÔØI HAI DAÏNG ÑÖÔØNG MAËT NÖÔÙC (4/4)
3.3 Tröôøng hôïp i = 0
B
B
b'
B
B
b0
W
W
b
W
W
b
W
W
W
W
K
K
K
c0
c
hcr
K
c
hcr
c'
i = 0
i < 0
3.4 Tröôøng hôïp i < 0
Keát luaän:
°
Coù 12 daïng ñöôøng maët nöôùc, trong ñoù coù:
°
8 ñöôøng nöôùc daâng (aI, aII, aIII, cI, cII, cIII, c0 vaø c’)
°
4 ñöôøng nöôùc haï (bI, bII, b0 vaø b’)
°
Ñöôøng maët nöôùc tieán tôùi ñoä saâu doøng ñeàu theo tieäm caän ngang; tieán tôùi ñoä
saâu theo ñöôøng tieáp tuyeán thaúng ñöùng
18
4. DÖÏNG ÑÖÔØNG MAËT NÖÔÙC BAÈNG PP S.PHAÂN HÖÕU HAÏN (1/1)
4.1 Phương trình cơ bản
m
m+1
dh
dE0
ds
l
Vm
J =
= i − J
Vm+1
ds
hm
m
hm+1
4.2 Giải Pt cơ bản bằng PP SPHH
i
0
0
°
Chia kênh thành các đoạn tính.
lm
°
Phân rã phương trình cơ bản cho
đoạn kênh thứ m nằm giữa 2 mặt
cắt m và m+1.
Q2
E0 − E0
m+1
m
( - ñoä ñoác ma saùt trung bình, vaø J =
J
)
= i − J
A2C2R
lm
°
Trong trường hợp kênh lăng trụ, biểu thức trên đưa tới công thức:
E0 − E0
m+1
m
lm =
i − J
3 bài toán: tính L; tính Q; và tính đường mặt nước
°
19
5. DOØNG KHOÂNG ÑEÀU COÙ NHAÄP LÖU (1/2)
5.1 Phöông trình vi phaân
q'
°
Xeùt keânh coù nhaäp löu doïc chieàu daøi vôùi löu löôïng q’.
Q
°
Löu löông naøy ñoå vaøo keânh vôùi vaän toác V vaø hôïp
vôùi truïc keânh moät goùc
°
°
Xeùt ñoaïn keânh chieàu daøi ds vôùi caùc
ngoaïi löïc nhö hình.
Phöông trình Bieán thieân ñoäng löôïng:
Gs + P − P −T = K2 − K1 − Kq
1
2
°
Trong ñoù:
°
K1, K2 vaø Kq– – Ñoäng löôïng ñi vaøo vaø ñi ra khoûi ñoaïn keânh qua maët caét thöôïng, haï
löu vaø ñoäng löôïng ñi vaøo vaø theo löu löôïng nhaäp löu
K2 − K1 = d u2dA
A
Kq = q V cos.ds = q Vads
20
Tải về để xem bản đầy đủ
90 trang
29/04/2022
5020
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Thủy lực - Lê Song Giang", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_thuy_luc_le_song_giang.ppt
