Giáo trinh Kỹ thuật thuỷ khí part 9 docx

K thut thu khớ


Chơng 9:Cơ sở lý thuyết thứ nguyên, tơng tự - 123 -

Trong lý thuyết tơng tự, những đại lợng đó có tên riêng và gọi là
những số hay là tiêu chuẩn tơng tự:
00
tv
l
= Sh - số Stơruhan (Shtrouhal), đặc trng cho quá trình không dừng.
Fr
gl
v
0
= - số Frút (Froud), đặc trng cho lực trọng trờng.
Re
0
0
=

lv
- số Râynôn (Reynolds) quen thuộc, đặc trng cho lực nhớt.
Eu
p
00
0
=

- số Ơle (L.Eulẻ) đặc trng cho áp lực.
Điều kiện bằng nhau của các số tơng tự đợc kýy hiệu bằng chữ idem

(là một), nghĩa là hai dòng phẳng của chất lỏng không nén đợc sẽ tơng tự
khi:
Sh = idem; Fr = idem; Eu = idem; Re = idem;
Số Ơle đối với chất lỏng nén đợc có dạng
Eu =
22
0
2
2
00
0
M
1
k
1
v
a
k
l
p
==


trong đó

=
p
ka - vận tốc âm;
v
p

C
C
k = - chỉ số đoạn nhiệt;
a
v
M = -
số Mắc.
Nh vậy, hai dòng chất lỏng nén đợc sẽ tơng tự khi Sh = idem, Fr =
idem, Re = idem, M = idem, k = idem.
Trong thực tế còn rất nhiều những tiêu chuẩn tơng tự khác nữa. Muốn
có những tiêu chuẩn đó chỉ cần lấy phơng trình vi phân mô tả cá quá trình
K thut thu khớ


Chơng 9:Cơ sở lý thuyết thứ nguyên, tơng tự - 124 -

đã cho viết dới dạng không thứ nguyên. Chẳng hạn nh khảo sát phơng
trình năng lợng ta sẽ có thêm các tiêu chuẩn tơng tự:



=
Cp
Pr - Số Prandl, đặc trng cho tỷ số giữa nhiệt lợng đợc
truyền bằng dẫn nhiệt và đối lu.

3
3
Tlg
Gr

= - Số Grashốpm đặc trng cho tỉ số giữa lực Acsimet và
lực nhớt.
trong đó - hệ số dẫn nhiệt; - hệ số nở thể tích; T - độ chênh lệch
nhiệt độ.

9.4. Mô hình hoá từng phần.
Khi khảo sát bài toán phẳng ở mục trên ta đã gặp 4-5 tiêu chuẩn
tơng tự.
Nếu thoả mãn tất cả các tiêu chuẩn đó thì bài toán rất khó và trong
thực tế không thể thực hiện đợc. Ngoài ra, không phải tất cả các tiêu chuẩn
có tầm quan trọng nh nhau. Trong những điều kiện cụ thể thờng có thể xác
định đợc mức độ ảnh hởng của từng tiêu chuẩn tơng tự, và lúc đó có
những tiêu chuẩn ảnh hởng rất lớn đến việc thay đổi điều kiện của quá trình
vật lý - gọi là
tiêu chuẩn quyết định, trong khi đó có những tiêu chuẩn hầu
nh không tham gia vào sự biến đổi đó - những
tiêu chuẩn không quyết
định
. Do đó trong thực tế phải dùng mô hình hoá từng phần, nghĩa là chỉ cần
tuân theo một số tiêu chuẩn quyết định.
Chẳng hạn nh khi tìm điều kiện mô hình hoá của chuyển động tàu
ngầm, ta thấy có thể bỏ qua tiêu chuẩn Frút, mà phải kể đến tiêu chuẩn
Râynôn, nghĩa là số Re đối với nguyên mẫu và mô hình phải nh nhau. Thực
vậy, đối với tàu ngầm số Fr chỉ có ý nghĩa khi tàu đi xuống và đi lên mặt
nớc, còn khi chạy, số Fr có thể bỏ qua. Lực cản khi chạy phụ thuộc vào độ
nhớt của dòng bao quanh không có xâm thực. Nhng trong thí nghiệm mô
K thut thu khớ

Chơng 9:Cơ sở lý thuyết thứ nguyên, tơng tự - 125 -

hình ca nô chuyển động với vận tốc lớn, tiêu chuẩn Fr có ảnh hởng lớn, còn
có thể bỏ qua lực nhớt, nghĩa là không thoả mãn tiêu chuẩn Re.
Điều kiện mô hình hoá của những máy móc chuyển động trên âm,
trớc tiên là phải thoả mãn tiêu chuẩn Mắc (M), còn số Re tuỳ khả năng, số
Fr bỏ qua. Đây không phải là mô hình hoá toàn bộ mà chỉ là từng phần.
Thỉnh thoảng lắm mới thành công khi thoả mãn cả hai tiêu chuẩn Fr và Re.

Ví dụ 3: Muốn có tơng tự động lực học thì vận tốc chuyển động của
dầu thô trong ống có đờng kính 30mm phải bằng bao nhiêu, khi vận tốc của
nớc trong ống có đờng kính 5mm ở nhiệt độ 20
0
C là 6m/s. Cho
dầu
= 84
kGs
2
/m
4
;
dầu
= 0,2 P;
nớc
= 102 kGs
2
/m
4
;

0
= 0,013 P

Bài giải: Điều kiện để cho hai dòng chất lỏng chuyển động trong ống
tròn tơng tự là số



=
v
Re và số Ơle
2
0
v
p
Eu

=
bằng nhau. Nhng theo
điều kiện của bài toán, vì vận tốc của nớc cho biết nên tiêu chuẩn tơng tự
chỉ là số Re, còn số Eu là hàm của số Re. Hay nói một cách khác, vì đại
lợng đặc trng của áp suất p
0
không cho trớc nên có thể chọn p
0
bằng giá
trị bất kì. Để cho tiện, ta chon p
0
= v
2

từ điều kiện số Ơle 1
v
p
Eu
2
0
==


Do đó ta suy ra: Re
1
= Re
dầu
= Re
nớc
= Re
2


2
222
1
111
pdvpdv

=
Suy ra:
2,24
pd
pd

vv
211
122
21
==



Vậy, vận tốc của dầu v
1
= 24,2 m/s.

Kỹ thuật thuỷ khí


Chơng10:Dòng chảy đều không áp trong kênh - 126 -
Chơng mời
dòng chảy đều, không áp trong kênh


10.1 Những khái niệm cơ bản về dòng chảy đều không áp
Ta thờng gặp dòng chảy đều không áp trong các kênh dẫn thủy
nông (kênh hở) hoặc trong các cống ngầm thoát nớc của thành phố, nhà
máy v.v (H.10-1).
Dòng chảy đều không áp trớc hết phải bảo đảm điều kiện của dòng
chảy đều nói chung: lu lợng, hình dạng và diện tích mặt cắt ớt, biểu
đồ phân bố vận tốc trên mặt cắt ớt, độ dốc đáy, độ nhám lòng kênh,
không đổi dọc theo dòng chảy và theo thời gian. Nhng vì dòng chảy đều
không áp có mặt thoáng nên phải thêm một điều kiện nữa là độ sâu h của
dòng chảy không đổi, và do đó việc tính toán thủy lực ch dòng chảy đều

không áp phức tạp thêm.
Thông thờng áp suất trên mặt thaóng của dòng chảy đều không áp
bằng áp suất khí quyển p
a
, nên đờng đo áp của dòng chảy (khi vẽ với áp
suất d) trùng với đờng mặt nớc. Kết hợp với điều kiện độ sâu h không
đổi, ta có: J
da
= i
Trong đó:


Hỡnh 10-1
Kỹ thuật thuỷ khí


Chơng10:Dòng chảy đều không áp trong kênh - 127 -
- i: độ dốc hình học của đáy kênh, bằng độ dốc của đờng mặt nớc;
- J
da
: độ dốc đờng đo áp.
Mặt khác, dòng chảy đều không áp có vận tốc trung bình v không
đổi dọc theo dòng chảy, nên đờng năng và đờng đo áp song song với
nhau, tức là: J = J
da
.
Dòng chảy đều không áp trong các kênh phần lớn là chảy rối ở khu
sức cản bình phơng, vì vậy ta dùng công thức Sêđi để tính toán:
RJCv =
Vì J = J

da
= i, công thức Sêđi trở thành: RiCv = (10-1)







Hình10-2
Gọi vận tốc trung bình của dòng chảy khi i = 1 là đặc trng vận tốc,
kí hiệu W, ta có:

RCW = (10-2a)
Vậy:
iWv = (10-2b)
Tơng tự nh trong tính toán đờng ống có áp (Đ6-7), gọi lu
lợng của dòng chảy ứng với i = 1 là đặc tửng lu lợng, kí ohiệu K:
K = C
R (10-3)
Ta có Q = K
i (10-4)
Các công thức Sêdi và (10-4) là những phơng trình cơ bản của
dòng chảy đều không áp.
Kỹ thuật thuỷ khí


Chơng10:Dòng chảy đều không áp trong kênh - 128 -
Cũng nh dòng chảy đều
có áp, sự phân bố vận tốc của

dòng chảy đều không áp rất
phức tạp, nó phụ thuộc trạng
thái và hình dạng mặt cắt của
dòng chảy. Độ phân bố vận tốc
trên các đờng thẳng đứng bao
giờ cũng có trị số nhỏ ở gần
đây và lớn dần ở gần mặt
thoáng. Hình 10-3 biểu thị
phân bố vận tốc trên một đờng thẳng đứng của dòng chảy đều không áp
trong kênh có mặt cắt hình chữ nhật.
Xét trên mặt bằng thì vận tốc lớn nhất ở giữa và càng vào gần
thành càng giảm đi.
10.2. Hình dạng mặt cắt ngang của kênh
10.2.1 Hình dạng thờng dùng:
Trong thực tế, việc lựa chọn hình dạng mặt cắt ngang của kênh phụ
thuộc nhiều điều kiện nh vật liệu làm kênh, điều kiện thi công và tính
chất sử dụng kênh.
Với vật liệu rắn chắc nh gỗ, gạch, đá xây, bê tông, thì mặt cắt kênh
thờng là hình chữ nhật hoặc hình thang có mái khá dốc để tiết kiệm vật

H.10-3

H.10-4
Kỹ thuật thuỷ khí


Chơng10:Dòng chảy đều không áp trong kênh - 129 -
liệu và giảm khối lợng đào đắp (H.10-4). Còn kênh đào trong đất thì để
đảm bảo sự ổn định của bờ kênh, mặt cắt thờng là hình thang có mái
thoải, hoặc hình parabôn (H.10-5). Trờng hợp kênh đào ngầm trong đất

nh các cống ngầm, hoặc kênh đào xuyên qua núi, mặt cắt có thể là hình
chữ nhật, hình trứng(H.10-6), hình tròn (H.10-1b).

H.10-5

10.2.2 Mặt cắt lợi nhất về thủy lực
Nếu chỉ xét thuần túy theo quan điểm thủy lực, trong tất cả các loại
mặt cắt, mặt cắt nào dẫn đợc một lu lợng lớn nhất, với điều kiện độ
dốc đáy, độ nhám lòng kênh và diện tích mặt cắt nh nhau, sẽ đợc gọi
là mặt cắt lợi nhất về thủy lực. Nói một cách khác, khi có cùng lu lợng,
độ dốc đáy và độ nhám lòng kênh thì đó là mặt cắt có diện tích nhỏ nhất.
Với điều kiện nào một mặt cắt sẽ là lợi nhất về thủy lực?
Trong công thức (10-4), sau khi thay C bằng công thức Pavơlôpxki:
RiR
n
Q
1

=
Ta nhận thấy rằng, với i và n cho trớc, ứng với cùng một diện tích
, lu lợng sẽ lớn nhất khi R lớn nhất. Nếu lu lợng Q không đổi, ứng
với R lớn nhất sẽ có nhỏ nhất. Nh vậy điều kiện để mặt cắt lợi nhất về
thủy lực và bán kính thủy lực của nó phải lớn nhất. Riêng với trờng hợp
= const, bán kính thủy lực sẽ lớn nhất khi chu vì ớt nhỏ nhất.
Trong những hình có diện tích bằng nhau thì hình tròn là hình có
chu vi bé nhất, do đó mặt cắt lợi nhất về thủy lực của kênh hở là hình bán
nguyệt. Nhng trong thực tế loại kênh này đợc sử dụng rất ít vì thi công
khó khăn và nhất là kênh bằng đất thì hay bị sụt lở.
Kỹ thuật thuỷ khí

Chơng10:Dòng chảy đều không áp trong kênh - 130 -
Mặt cắt thờng dùng nhất khi kênh đào trong đất là mặt cắt hình
hang (H.10-1a). Trong loại kênh đó, nếu đặt =
h
b
và gọi m = cotg là
hệ số mái của kênh (trong các sổ tay tính toán thủy lực, thờng có bảng
cho sẵn m ứng với từng loại đất và kích thớc mặt cắt kênh); đồng thời
ký hiệu tỷ số
h
b
ứng với lúc mặt cắt hình thang lợi nhất về thủy lực là
ln

thì ta chứng minh đợc rằng .

la
=
2
12 m+ - m (10-5)
Nh vậy khi m cho trớc, theo (10-5)
la
hoàn toàn xác định.
Bảng 10-1
m 0 0,5 0,75 1 1,5 2 3

ln
2 1,236 1,000 0,825 0,606 0,472 0,324
ứng với m = 0 thì

la
= 2, tức là mặt cắt hình chữ nhật sẽ lợi nhất
về thủy lực khi chiều rộng b bằng hai lần độ sâu:
b
ln
= 2h
ln
Từ bảng (10-1) ta còn thấy khi m > 0,75 thì h > b. Ví dụ: một kênh
có b = 20m; m = 1,5 thì
ln
= 0,606; suy ra h = 33m, tức là phải đào quá
sâu mà thực tế không thể đào nh vậy đợc. Do đó cần phải nhấn mạnh
rằng mặt cắt có lợi nhất về thủy lực thì cha hẳn đã là lợi nhất về kinh tế
và kỹ thuật. Nhng với những kênh nhỏ vì không phải đào sâu lắm nên
mặt cắt có lợi nhất về thủy lực cũng có thể có lợi nhất về kinh tế và kỹ
thuật.
10.3 Kênh hở mặt cắt hình thang
ở Đ 10-2 ta đã biết rằng, nếu các mặt cắt có diện tích bằng nhau thì
mặt cắt nào có chu vi ớt bé nhất sẽ là lợi nhất về thủy lực.
Kỹ thuật thuỷ khí


Chơng10:Dòng chảy đều không áp trong kênh - 131 -
ở đây kênh đã có mặt cắt hình thang với hệ số mái m (H.10-1a), vì
vậy vấn đề là xét xem lúc mặt cắt đó lợi nhất về thủy lực thì các yếu tố
của nó có quan hệ với nhau nh thế nào?
10.3.1 Các yếu tố hình học và thủy lực trong mặt cắt kênh hở hình
thang.
Một mặt cắt kênh hở hình thang đợc xác định bởi các yếu tố hình
học và thủy lực sau đây:

- Chiều rộng đáy: b
- Độ sâu nớc trong kênh: h
- Hệ số mái kênh: m = cotg
- Diện tích mặt cắt ớt:
= (b + mh) h (10-6)
- Chu vi ớt:
= b + 2h
2
1 m+ (10-7)
- Bán kính thủy lực:

2
12
)(
mhb
hmhb
R
++
+
==


(10-8)
Từ (10-6), ta rút ra:
mh
h
b =


và thay vào (10-7), ta có

)12(
2
mmh
h
++=



7.3.3 Điều kiện mặt cắt kênh hở hình thang lợi nhất về thủy lực.
Để mặt cắt lợi nhất về thủy lực cần có bé nhất, hay:
0=
dh
d


Kỹ thuật thuỷ khí


Chơng10:Dòng chảy đều không áp trong kênh - 132 -
Vì = const nên, khi h tiến tới 0 thì tiến tới , khi h tiến tới
thì tiến tới .
Vậy hàm số = f(h) phải có trị số cực tiểu tại đó.
0=
dh
d


Ta có:

012

2
2
=++= mm
hdh
d


(10-9)
Thay tính theo (10-6) vào (10-9), ta đợc:
0212
2
=++ mm
h
b

Vậy trị số
ln
là:

ln
= 2( mm +
2
1 )
Đó chính là công thức (10-5) để xác định tỷ số
h
b
của mặt cắt hình
thang lợi nhất về thủy lực khi cho trớc hệ số mái kênh m.
10.4 Các bài toán cơ bản của dòng chảy đều trong kênh hở hình
thang.

10.4.1 Cơ sở để tính toán dòng chảy trong kênh hở là phơng trình
cơ bản (10-4)
Q = C
.KRi =
Đối với trờng hợp thờng gặp là kênh hình thang, phơng trình đó
biểu diễn mối quan hệ giữa sáu biến số: lu lợng Q, chiều rộng đáy b,
độ sâu h, hệ số mái m, độ dốc đáy i, hệ số nhóm lòng kênh n, trong đó m,
n thờng có các bảng cho sẵn.
10.4.2 Các bài toán cơ bản
Ta có thể chia việc giải phơng trình (10-4) trong những điều kiện
cụ thể ra hai loại bài toán cơ bản sau:
Kỹ thuật thuỷ khí


Chơng10:Dòng chảy đều không áp trong kênh - 133 -
a) Đối với kênh đã biết: Nhiệm vụ là phải xác định một trong 6 đại
lợng đã nêu ở trên khi đã biết đợc 5 đại lợng. Ta thờng gặp hai bài
toán sau đây:
- a 1. Cho i, b, h, m, n xác định Q.
Tính i, R theo (10-6) (10-8) và C rồi thay vào (10-4) tìm Q.
- a 2. Cho Q, b, h, m, n xác định i.
Tính theo , R, C nh trên rồi thay vào (10-4) và rút đợc:
i =
222
2
R
C
Q

b) Thiết kế kênh mới: Trong trờng hợp này thông thờng đã biết
tài liệu về địa hình, về vật liệu làm kênh và lu lợng cần dẫn đi trong
kênh. Từ bản đồ địa hình ta tiến hành chọn tuyến kênh và độ dốc đáy i
sao cho phù hợp nhất với những yêu cầu về thủy lực và kinh tế. Căn cứ
vào vật liệu làm kênh ta xác định hệ số mái m và hệ số nhám n của lòng
kênh. Nhiệm vụ là phải xác định kích thớc mặt cắt kênh để dẫn đợc
một lu lợng cho trớc.
Bài toán này theo (10-4) ta chỉ có một phơng trình nhng có tới 2
ẩn số, vì vậy muốn giải đợc ta phải chọn trớc một nghiệm, tức là chọn
trớc một kích thớc kênh hoặc tìm thêm một mối quan hệ giữa b và h
bằng một phơng trình nữa.
Ta có thể gặp 3 bài toán cơ bản sau đây:
- b1. Chọn trớc b, xác định h.
Lúc này phơng trình (10-4) chỉ có một ẩn số h, nhng trực tiếp rút
h từ (10-4) là một việc rất phức tạp, nên ta áp dụng phơng pháp tinh thử
dần để giải bài toán này. Một mặt, ta tự chọn một trị số h rối tính ra , C,
R tơng ứng và thay vào (10-3) để tìm trị số K tơng ứng. Mặt khác ta có
K
0
=
i
Q
. Vậy trị số h phải tìm là trị số K tơng ứng với nó bằng trị số K
0
Kỹ thuật thuỷ khí


Chơng10:Dòng chảy đều không áp trong kênh - 134 -
Để tính toán nhanh chóng hơn ta có thể giải bài toán bằng phơng
pháp đồ thị. Tự cho vài trị số h rồi tính K để vẽ ra đờng cong K= f (h)

lên toạ độ (K,h) .
Từ trị số K
0
=
i
Q
đã biết, ta xác định trên đờng cong điểm có trị
số h
0
phải tìm. Bài toán này luôn luôn có nghiệm với bất kỳ trị số K
0
nào.
Cũng thuộc loại bài toán này là trờng hợp xác định b khi tự chọn
trớc h. Lúc biểu thức (10-3) là một hàm số của b:
K = f (b).
Ta tiến hành giải hoàn toàn tơng tự nh trờng hợp tìm h ở trên.
Nhng chú ý rằng đờng cong K = f (b) trên hệ toạ độ (K.b) không đi
qua gốc toạ độ mà cắt trục OK tại A (H.7-6b). Đoạn OA tơng ứng với
trị số K của kênh có mặt cắt hình tam giác (b = 0). Vậy bài toán chỉ có
lời giải với các trị số K
0
> K
- b2. Tự chọn trớc =
h
b
xác định b,h.
Ta có: b = h và h =

h
. Lúc này trong (10-3) nếu ta thay b bằng

hoặc thay tất cả h bằng

h
ta sẽ có một phơng trình chỉ có một ẩn là h
hoặc b. Do đó bài toán trở về trờng hợp b1 mà ta đã nghiên cứu ở trên.
Có thể chọn theo
ln
và khi đó phơng trình thứ hai là (10-5).
- b3. Cho trớc R hoặc v Xác định b,h.
Giả sử cho biết R:
Từ (10-4) ta tính đợc:
RiC
Q
=


Ta cũng có: =
2
12 mb
R
++=


Vậy ta có hệ hai phơng trình với hai ẩn số b và h sau:
Kỹ thuật thuỷ khí


Chơng10:Dòng chảy đều không áp trong kênh - 135 -
(
)

=++
=+
R
mhb
hmhb


2
12
(10-10)
Giải hệ phơng trình (10-10) ta sẽ tìm đợc b, h.
Giả sử cho biết v: Từ công thức Seđi v =
Ric ta viết đợc:
i
v
R
n
RC
y
==
+ 3,0
1

Biết
i

v
và n, đồng thời xác định đợc y ta tìm đợc R. Ví dụ với
y=
6
1
nh ở công thức Manning ta có:
R =
2
3






i
nv
(10-11)
Nếu y lấy trị số nh trong công thức Pavơlôpxki thì ta có thể trực
tiếp dùng bảng quan hệ giữa C
R và R để tính R (Phụ lục )
Sau khi có R, bài toán trở về trờng hợp trên và giải hệ phơng
trình (10-10).
Ta biết rằng trong mặt cắt có lợi nhất về thủy lực, trị số R
ln
và v
ln

lớn nhất và
ln

nhỏ nhất. Nh vậy bài toán chỉ có lời giải nếu những trị
số cho trớc R và v nhỏ hơn R
ln
và v
ln
của mặt cắt có lợi nhất về thủy lực.
10.4.3 Ví dụ về các bài toán cơ bản, kênh mặt cắt hình thang
Ví dụ 1: cho 1 kênh hình thang, có độ sâu h = 4m, chiều rộng đáy
b=12m, hệ số mái m = 1, hệ số nhám n = 0,025 và độ dốc đáy i = 0,00025.
Xác định lu lợng chảy trong kênh.
Giải:
Ta có: = (b + mh) h = (12 + 2.4) 4 = 80m
2

= b + 2h
2
1 m+
= 12 + 2 . 4
2
21+ = 29,9m
Kỹ thuật thuỷ khí


Chơng10:Dòng chảy đều không áp trong kênh - 136 -
R =
9,29
80
=

= 2,675m
Tính C theo công thức Pavơlôpxki ta đợc C = 48,80
sm/
Vậy K = C
R = 80 . 48,80 675,2 = 6340m
2
/s
Và: Q = K
i
= 6340
00025,0
= 100,2 m
2
/s
Ví dụ 2: Xác định kích thớc của một kênh hình thang (b,h); sao
cho mặt cắt đó là lợi nhất về thủy lực, chi biết: chiều rộng đáy b = 1,2m,
hệ số mái m = 1,5, hệ số nhám n = 0,025, độ đốc đáy i = 0,0004 và lu
lợng Q = 1m
2
/s
Giải:
Ta có:
sm
i
Q
K /50
0004,0
1
2
===

Vì mặt cắt là lợi nhất về thủy lực nên tính theo công thác (10-5)
hay bảng (10-1). Theo bảng (10-1) khi m = 1,5 thì = 0,606. Với , m, n
đã biết thì K chỉ phụ thuộc h; ta cho một số giá trị h, tính ra K = C
R
tơng ứng. Kết quả ghi lại trong bảng sau:
Bảng 10.2
h(m)
(m
2
)
R (m) C (m
0+5
/s) K(m
2
/s)
1 2,700 0,5 35,60 68
0,9 2,295 0,45 35,00 54
0,8 1,92 0,40 34,30 41,7
0,7 1,575 0,35 33,60 31,3
Từ những số liệu của bảng (7-2) ta vẽ đờng cong K = f (h) và tìm
đợc ứng với K = 50m
2
/s thì h = 0,87m (H.77).
10.5 Tính toán thủy lực cho dòng chảy đều không áp trong kênh
(máng) kín
10.5.1 Đặc điểm của dòng chảy không áp trong kênh kín
Kỹ thuật thuỷ khí


Chơng10:Dòng chảy đều không áp trong kênh - 137 -

H.10-7
Ta thờng gặp dòng chảy đều không áp trong kênh, máng kín,
trong các cống ngầm thoát nớc của thành phố, các đờng hầm xuyên
qua núi trong các đờng ống dẫn nớc lớn. Mặt cắt ngang của các kênh
đó tùy theo yêu cầu sử dụng mà có hình dạng khác nhau, nhng tất cả
đều kín (H.10-6).

H.10-6

Lý thuyết và thực nghiệm đều chứng minh đợc rằng dòng chảy
trong các kênh kín có lu lợng lớn nhất khi chảy không áp (tức là không
ngập cả mặt cắt kênh) chứ không phải khi chảy có áp.
Ví dụ kênh mặt cắt hình tròn có Q
max
khi độ sâu h trong kênh bằng
95% đờng kính và V
max
khi h bằng 81% đờng kính.
10.5.2 Phơng pháp tính toán
Cơ sở để tính toán dòng chảy đều không áp trong kênh kín vẫn là
các công thức (10-2b) và (10-4). Nhng vì các biểu thức tính , , R
thờng phức tạp nên việc sử dụng các công thức này khá phiền phức.
Ví dụ với trờng hợp tơng
đối đơn giản là hình trong (H.10-
79). Khi
2
D
h
> thì:
=

8
1
( - sin ) D
2
;
=
2
D