›
›

Giáo trình Thủy lực môi trường - Chương 8: Nước nhảy

Download
TS. Nguyeãn Thò Baûy, ÑHBK tp. HCM, www4.hcmut.edu.vn/~ntbay  
CHÖÔNG  
w
K
I. KHAÙI NIEÄM  
1. Khảo saùt đường c1  
K
hcr  
w
αQ2  
∂A  
∂s  
i − J +  
.
gA3  
dh  
ds  
=
αQ2B  
1−  
gA3  
αQ2 B  
dh  
ds  
⇒ Trong laân caän  
W-W, doøng bieán  
ñoåi gaáp  
h → h c r  
Khi  
thì  
→ 1  
neân  
→ ∞  
g A3  
2. Khaûo saùt E0 khi doøng chaûy chuyeån töø chaûy xieát sang eâm  
h
Nöôùc  
nhaûy  
b
Nöôùc nhaûy laø söï  
bieán ñoåi gaáp cuûa  
doøng chaûy töø ñoä  
saâu h’, nhoû hôn  
hcr, tôùi ñoä saâu h”,  
lôùn hôn hcr  
h”  
hcr  
h’  
0
K
c
K
h”  
i=0  
h’  
0
E02 E01  
E0min  
E0  
CH.8 - NÖÔÙC NHAÛY - trang 1  
TS. Nguyeãn Thò Baûy, ÑHBK tp. HCM, www4.hcmut.edu.vn/~ntbay  
3. Khaûo saùt E0 khi doøng chaûy chuyeån töø chaûy eâm sang xieát  
h
b1  
N
K
N
hcr  
K
b2  
N
E0min  
4. Sô ñoà nöôùc nhaûy  
E0  
Chaûy  
xieát  
Nöôùc  
nhaûy  
Chaûy eâm khoâng  
ñeàu  
Chaûy eâm,  
ñeàu  
2
C
a
K
K
h”  
V2  
hh  
1
h’  
B
ln  
A
V1  
1
lsn =(10-30)hh  
2
II PHÖÔNG TRÌNH NÖÔÙC NHAÛY  
Xeùt keânh l.truï daøi, m/c ngang ch.nhaät hoaëc gaàn ch. nhaät, i<icr.  
Giaû thieát: 1. i=0  
2. T=0  
3. Doøng chaûy bieán ñoåi chaäm taïi CD  
4. α01= α02= α0  
C
yC2  
K
K
C2  
h”  
P2  
A
C1  
yC1  
h’  
G
T=0  
P1  
B
D
P =γ yC1A  
1s  
1
Phöông trình  
ñoäng löôïng:  
ρQ α V − α V = T + G + R + P + P  
(
)
P =γ yC2A  
02  
2
01  
1
s
s
1s  
2s  
2s  
2
T; G ; R =0  
α ρQ V − V = γ y A − γ y A  
(
)
⇒
s
s
2
1
1
2
0
C 1  
C 2  
α0 Q2  
gA2  
α0 Q2  
gA1  
+ y A =  
+ y A  
Hay phöông trình nöôùc nhaûy:  
C2  
2
C
1
1
CH.8 - NÖÔÙC NHAÛY - trang 2  
TS. Nguyeãn Thò Baûy, ÑHBK tp. HCM, www4.hcmut.edu.vn/~ntbay  
α Q2  
III. HAØM NÖÔÙC NHAÛY  
0
′
′′  
⇒
Θ h =Θ h  
( )  
( )  
Θ h =  
( )  
+ y A  
C
gA  
dΘ  
dh  
α0Q2 dA d  
Θmin  
⇔
= −  
+
y A = 0  
(
)
gA2 dh dh  
C
E0(h)  
Ta xeùt:  
h”  
Moment tónh cuûa A/x :  
(ycA)  
Θ(h)  
Moment tónh  
cuûa (A+dA)/x:  
dh  
2
(yc + dh)A +  
dA  
Suy ra:  
hcr  
h’  
Δ h  
(y c + Δ h )A +  
Δ A − y A  
(
)
c
d y A  
(
)
c
2
= lim  
dh  
Δ h  
Δ h → 0  
Θmin  
Θ, E0  
E0min  
Δ h  
ΔE  
Δ hA +  
Δ A  
Θ(h’)=Θ(h”)n  
Δ A  
2
2
)
= lim  
= lim ( A +  
Δ h  
Δ h → 0  
Δh → 0  
= A  
B
x
dh  
Vaäy:  
α0Q2  
−
yC  
Θmin  
⇔
B+A= 0  
gA2  
h
C
neáu  
Ac3r α Q2  
A3 α0Q2  
B
α0 = α  
⇔
=
⇔ E0min ⇔ h=hcr  
⇔
=
dA  
Bcr  
g
g
IV TÍNH TOAÙN NÖÔÙC NHAÛY  
¾Keânh chöõ nhaät:  
2
α0 Q2  
α0 q  
h2  
⎛
⎞
⇒
A=bh ; yc =h 2 ; q=Q b  
Θ h =  
+ ycA = b  
+
( )  
⎜
⎟
⎟
⎜
gA  
gh  
2
h 2  
⎝
⎠
α 0 q 2  
α q 2  
h c3r  
3
cr  
⎛
⎞
h
≈
= ⇒ Θ h = b  
+
Vôùi:  
α0= α ⇒  
( )  
⎜
⎝
⎟
⎠
g h  
g h  
h
2
h
3
2
3
′
′′2  
h
⎛
⎜
⎝
⎞
⎟
⎠
⎛
⎜
⎝
⎞
⎟
⎠
hcr  
h
hcr  
Suy ra:  
Vaäy:  
b
+
= b  
+
′
′′  
h
2
h
2
3
3
⎡
⎢
⎤
⎥
⎡
⎤
⎥
′
′′  
h
h
′
h
h
h
⎛
⎞
⎛
⎞
cr  
cr  
⎢
′′  
h =  
′
1+ 8  
−1  
h =  
1+8  
−1  
⎜
⎝
⎟
⎠
⎜
⎝
⎟
⎠
′′  
2
h
2
⎢
⎥
⎢
⎥
⎣
⎦
⎣
⎦
¾Keânh hình thang:  
Khi h"≤ 5hcr  
1, 2 hc2r  
hc2r  
Coâng thöùc  
A. N. Rakhmanov:  
′′  
h =  
′
h = 1,2  
−0,2 hcr  
′
h + 0, 2 hcr  
′′  
h
¾Keânh laêng truï coù maët caét baát kyø:  
Giaûi thöû daàn töø phöông trình nöôùc nhaûy :  
α0 Q2  
gA2  
α0 Q2  
gA1  
+ y A =  
+ y A  
C2  
2
C
1
1
CH.8 - NÖÔÙC NHAÛY - trang 3  
TS. Nguyeãn Thò Baûy, ÑHBK tp. HCM, www4.hcmut.edu.vn/~ntbay  
V. TOÅN THAÁT NAÊNG LÖÔÏNG QUA NÖÔÙC NHAÛY  
α1Q12  
α2Q22  
⎛
2 ⎞ ⎛  
2 ⎞ ⎛  
⎞ ⎛  
⎟ ⎜  
⎞
α1V1  
2g  
α2V2  
⎜
⎟ ⎜  
⎟ ⎜  
= h'+  
⎟
⎟
ΔEn = E1 − E2 = h'+  
− h"+  
− h"+  
2gA12  
2gA22  
⎜
⎟ ⎜  
⎠ ⎝  
⎟ ⎜  
⎟ ⎜  
⎠ ⎝  
2g  
⎠ ⎝  
⎝
⎠
¾Ñoái vôùi keânh chöõ nhaät:  
αQ2  
αq2  
1 1 1 1  
⎛ ⎞⎛  
1
1
⎛
⎝
⎞
⎟
⎞
⎟
ΔEcn = (h'−h") +  
−
= (h'−h") +  
−
+
⎜
⎜
⎟⎜  
2gb2 h'2 h"2  
2g h' h" h' h"  
⎠
⎝
⎠⎝  
⎠
α Q2  
0
Maët khaùc, theo p. tr nöôùc nhaûy:  
′
′′ Vôùi:  
)
Θ h =  
+ y A  
Θ h =Θ h  
( )  
( )  
(
C
gA  
2
2
αq  
h'2  
2
αq  
h"2  
2
αq2  
2g h' h"  
1
1
h"2 −h'2  
⎛
⎞
⎛
⎞
⎛
⎝
⎞
⎟
⎜
⎜
⎟
⎟
⎜
⎜
⎟
⎟
Ta coù:  
+
b =  
+
b ⇒  
−
=
⎜
gh'  
gh"  
4
⎠
⎝
⎠
⎝
⎠
h"2 −h'2  
1
1
⎛
⎝
⎞
ΔEcn = (h'−h") +  
+
Suy ra:  
⎜
⎟
⎠
4
h' h"  
⎛ 4h'h"  
h"+h' h"+h' ⎞ (h"−h')3  
⎛
⎜
⎞⎛  
⎟⎜  
⎞
⎟
= (h"−h')⎜−  
+
⎟ =  
⎟
⎜
4h'h"  
4
h'h"  
4h'h"  
⎝
⎠⎝  
⎠
⎝
⎠
a3  
4h'h"  
Neáu ñaët a=h”=h’ thì:  
ΔEcn =  
Tính baèng coâng thöùc thöïc nghieäm  
VI. CHIEÀU DAØI NÖÔÙC NHAÛY Ln:  
¾Ñoái vôùi keânh chöõ nhaät:  
′′  
ln = 4, 5h  
Safranez (1934):  
′′  
′
l = 5 h − h  
(
)
Bakhmetiev vaø Matzke (1936):  
n
1,01  
′
ln = 9, 75h  
Fr 2 − 1  
(
)
1
Silvester (1965):  
VII. XAÙC ÑÒNH VÒ TRÍ NÖÔÙC NHAÛY  
Ñieàu kieän: Phaûi bieát ñöôïc daïng nöôùc nhaûy, daïng ñöôøng maët nöôùc chaûy xieát tröôùc  
nöôùc nhaûy, daïng ñöôøng maët nöôùc chaûy eâm sau nöôùc nhaûy;  
Do ñoù caàn bieát:  
* Ñoä saâu h1 öùng vôùi moät vò trí x1 cho tröôùc treân ñöôøng maët nöôùc tröôùc nöôùc  
nhaûy,  
*ø Ñoä saâu h2 öùng vôùi vò trí x2 cho tröôùc treân ñöôøng maët nöôùc sau nöôùc nhaûy.  
CH.8 - NÖÔÙC NHAÛY - trang 4  
TS. Nguyeãn Thò Baûy, ÑHBK tp. HCM, www4.hcmut.edu.vn/~ntbay  
CI”  
B’’  
C’  
I
ln=4,5h  
”
lni  
bI  
B
h”  
K
K
hi”  
h2  
CI  
A’  
h’  
x’  
Sô ñoà xaùc ñònh vò trí nöôùc nhaûy  
A
h1  
x1  
hi  
xi  
x”  
x2  
¾Caùc böôùc xaùc ñònh vò trí nöôùc nhaûy:  
Böôùc thöù nhaát: döïng ñöôøng nöôùc daâng CI  
Böôùc thöù hai:  
Böôùc thöù ba:  
Böôùc thöù tö:  
döïng ñöôøng nöôùc haï bI ngöôïc doøng chaûy.  
tìm caùc giaù trò ñoä saâu lieân hieäp cuûa ñöôøng CI, veõ ñöôøng CI’  
tònh tieán ñöôøng CI’ tôùi tröôùc thaønh ñöôøng C’’I baèng moät chieàu daøi  
nöùôùc nhaûy lni (lni = 4,5h” i)  
Giao ñieåm cuûa C’’I vaø b1 chính laø vò trí sau nöôùc nhaûy  
Ví duï: Treân keânh m/c chöõ nhaät, b=10m, Q=50 m3/s, n=0,025; coù 2 ñoaïn:  
Keânh moät: i1=0; coù nöôùc nhaûy hoaøn chænh, ñaàu  
ñoaïn moät coù h1=0,2m.  
Keânh hai : i2>icr .  
Xaùc ñònh vò trí nöôùc nhaûy vaø h’; h" treân ñoaïn moät.  
b0  
bII  
K
K
c0  
N
N
0
i1=  
Giaûi: (xem trong baûng tính toaùn .xls)  
Vì i2> icr neân ôû choã ñoåi doác: h2=hcr= 1,366m  
CH.8 - NÖÔÙC NHAÛY - trang 5  
TS. Nguyeãn Thò Baûy, ÑHBK tp. HCM, www4.hcmut.edu.vn/~ntbay  
3 . 0  
2 . 5  
B”  
h”=2,39  
2 . 0  
C o  
1 . 5  
b o  
C 'o  
C ''o  
1 . 0  
h’=0,69  
B’  
0 . 5  
x”= 62,7  
0 . 0  
0
5 0  
1 0 0  
1 5 0  
2 0 0  
2 5 0  
3 0 0  
x’= 52  
x , m  
3.0  
2.5  
h”=2,39  
2.0  
1.5  
1.0  
Co  
bo  
C'o  
C''o  
h’=0,69  
0.5  
0.0  
x”= 62,7  
30  
40  
50  
60  
70  
80  
90  
100  
110  
x’= 52  
x,m  
CH.8 - NÖÔÙC NHAÛY - trang 6  
TS. Nguyeãn Thò Baûy, ÑHBK tp. HCM, www4.hcmut.edu.vn/~ntbay  
VIII CAÙC DAÏNG NÖÔÙC NHAÛY KHAÙC  
¾Nöôùc nhaûy ngaäp:  
B
A
K
K
hh  
hng  
a
hc  
A’  
B’  
Ñoái vôùi keânh chöõ nhaät:  
hng  
hh  
ρqb V −V =γ y A −γ y A =γ ( hngb− hhb)  
2
1
1
2
C1  
C2  
2
2
hn2g −hh2  
(hhV22 −hhV2V1)  
⇔
=
ghh2  
2hh2  
⎛ ⎞2  
⇒
V2 hh  
hng  
=1+ 2Fr2 − 2  
2
⎜ ⎟  
h
⎜ ⎟  
hh  
ghh hC  
⎝ ⎠  
hng  
⎛
⎞
⎟
⎠
hh  
= 1+ 2Fr2 1−  
⎜
h
Hay:  
hh  
hC  
⎝
CH.8 - NÖÔÙC NHAÛY - trang 7  
TS. Nguyeãn Thò Baûy, ÑHBK tp. HCM, www4.hcmut.edu.vn/~ntbay  
Ñieàu kieän xaûy ra caùc loaïi nöôùc nhaûy:  
1.hc”<hh hay hh’<hc : nhaûy ngaäp.  
2.hc”=hh hay hh’=hc  
3.hc”>hh hay hh’>hc  
: nhaûy taïi choã.  
: nhaûy phoùng xa.  
Chieàu daøi nöôùc nhaûy ngaäp  
(Theo Smetana):  
nn  
h
C
¾Nöôùc nhaûy soùng  
h’,h” → hcr ⇒ (h”- h’) raát nhoû, ⇒ (P1s-P2s) nhoû.  
⇒ T so vôùi Ps khoâng theå boû.  
⇒phtr nöôùc nhaûy khoâng coøn ñuû chính xaùc ñeå moâ  
taû nöôùc nhaûy.  
⇒khoâng coù xoaùy nöôùc  
→daïng khoâng hoaøn chænh cuûa nöôùc nhaûy: nöôùc nhaûy soùng  
Thöïc nghieäm:  
0,70hcr< h’<= 0,85hcr: nöôùc nhaûy soùng daïng nhöõng loaït soùng  
taét daàn.  
0,85hcr< h’ <= hcr: nöôùc nhaûy soùng daïng loaït soùng ñieàu hoaø  
vaø chæ taét daàn treân ñoaïn töông ñoái daøi doïc theo chieàu doøng  
chaûy.  
CH.8 - NÖÔÙC NHAÛY - trang 8  
TS. Nguyeãn Thò Baûy, ÑHBK tp. HCM, www4.hcmut.edu.vn/~ntbay  
K
K
h”  
hcr  
h’  
Nöôùc nhaûy soùng daïng nhöõng loaït soùng taét daàn  
K
h’  
K
hcr  
h”  
Nöôùc nhaûy soùng daïng nhöõng loaït soùng ñieàu hoaø  
¾Toån thaát naêng löôïng ñ/v töøng loaïi nöôùc nhaûy:  
1. Neáu tính töø h’ ñeán h” : ⎮ΔE⎮phoùng xa<⎮ΔE⎮taïi choã  
2. Neáu tính töø c-c ñeán h”: ⎮ΔE⎮phoùng xa>⎮ΔE⎮taïi choã  
h
hc”  
h”  
h’  
hc  
E0  
E0c”  
E0c  
E” E0’  
Nöôùc nhaûy ngaäp ít maát naêng löôïng nhaát  
CH.8 - NÖÔÙC NHAÛY - trang 9  
TS. Nguyeãn Thò Baûy, ÑHBK tp. HCM, www4.hcmut.edu.vn/~ntbay  
Comments  
Dissipation  
(tiêu tán)  
Jump impossible,  
violates the second  
law of  
N/A  
thermodynamics (see  
normal shock wave)  
(không có nước  
nhảy)  
Standing wave, or  
undular jump  
low  
dissipation  
(nhảy sóng)  
Comments  
Dissipation  
(tiêu tán)  
Smooth surface rise  
with small rollers,  
known as a weak  
jump  
low  
dissipation  
(Đường mặt nước  
dâng lên với những  
cuộn nhỏ- nước  
nhảy yếu)  
Unstable, oscillating  
jump. Pulses can  
travel downstream  
for miles. Not  
medium  
dissipation  
recommended for  
design conditions  
(nước nhảy không  
ổn định, các dao  
động có thể dịch  
chuyển theo dòng)  
CH.8 - NÖÔÙC NHAÛY - trang 10  
TS. Nguyeãn Thò Baûy, ÑHBK tp. HCM, www4.hcmut.edu.vn/~ntbay  
Comments  
Dissipation  
(tiêu tán)  
Stable, well-  
balanced, steady  
jump. Best  
high  
dissipation  
performance and  
action. Best design  
range.  
(nước nhảy ổn  
định, hoàn chỉnh  
tại chỗ).  
Rough, intermittent  
strong jump. Good  
performance.  
veryhigh  
dissipation  
(nước nhảy mạnh,  
phóng xa)  
CH.8 - NÖÔÙC NHAÛY - trang 11  
pdf 11 trang Thùy Anh 29/04/2022 6340
Download
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình Thủy lực môi trường - Chương 8: Nước nhảy", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_thuy_luc_moi_truong_chuong_8_nuoc_nhay.pdf