BÀI tập NGHIÊN cứu THỰC NGHIỆM mô HÌNH THỦY lực

Nghiờn cu thc nghim mụ hỡnh Thy lc

MC LC
MC LC....................................................................................................................................................................1
NGHIÊN CứU THựC NGHIệM MÔ HìNH THủY LựC.....................................................................................2
Phần 1...........................................................................................................................................................................2

TàI LIệU CƠ BảN Và YÊU CầU TíNH TOáN.............................................................2
I. TI LIU C BN.......................................................................................................................................2

bi: S 9..............................................................................................................2
1. Ti liu v cụng trỡnh:..................................................................................................2
2. Ti liu v phũng Thớ nghim:....................................................................................2
II. YấU CU TNH TON..............................................................................................................................2
Phần 2...........................................................................................................................................................................2

NộI DUNG TíNH TOáN....................................................................................................3
I. THIT LP PHNG TRèNH CHUNG NHT.........................................................................................3

1. C s lý thuyt BucKingham......................................................................................3
2. Nghiờn cu nh hng ca chiu sõu b tiờu nng ti chiu di h xúi.....................3
II. CHN T L Mễ HèNH............................................................................................................................7

1. Tiờu chun tng t.....................................................................................................7
2. Xỏc nh phm vi xõy dng mụ hỡnh..........................................................................7
3. Cỏc yờu cu khi chn t l mụ hỡnh.............................................................................8
4. Tớnh toỏn thit k mụ hỡnh...........................................................................................8
III. KT LUN...............................................................................................................................................12
Tài liệu tham khảo.........................................................................................................................................13

Hc viờn: Lp 14C1

1


Nghiờn cu thc nghim mụ hỡnh Thy lc

BàI TậP MÔN HọC

NGHIÊN CứU THựC NGHIệM MÔ HìNH THủY LựC
Phần 1

TàI LIệU CƠ BảN Và YÊU CầU TíNH TOáN
I. TI LIU C BN

bi: S 9
1. Ti liu v cụng trỡnh:
Mt cng ly nc 3 ca, mi ca rng b=8m, dựng van cung bỏn kớnh R. M
tr dy d, di L, u tr bỏn kớnh r. Sau ngng trn cú b tiờu nng (chiu sõu b l d,
chiu di b l Lb). Tip ú n sõn sau th 2 cú chiu di L 2. Kờnh h lu cú mỏi
m=2; b rng ỏy b=25m. Mc nc thng lu max cao trỡnh +12,0m.
S cho nh hỡnh v sau:

R

db

Tmax

R

Lb

L2

Lx

r

R

d

L

2. Ti liu v phũng Thớ nghim:
- Phũng thớ nghim rng: bxl = 15x20 (m).
- Lu lng cp nc ln nht ca trm bm: 80 l/s.
II. YấU CU TNH TON

1. Thit lp phng trỡnh chung nht, trong ú cú s dng phng phỏp
Buckingham lp sờri thớ nghim: Nghiờn cu nh hng ca chiu sõu b tiờu
nng (db) ti chiu di h xúi (Lx).
2. Chn t l mụ hỡnh tin hnh thớ nghim.
Phần 2
Hc viờn: Lp 14C1

2


Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực

NéI DUNG TÝNH TO¸N
I. THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH CHUNG NHẤT.

1. Cơ sở lý thuyết BucKingham
Mọi quan hệ vật lý giữa các đại lượng thứ nguyên đều có thể biểu diễn và viết
như quan hệ giữa các đại lượng không thứ nguyên. Theo lý thuyết Buckingham là: có
thể biểu diễn các đại lượng biến đổi a 1, a2, a3, ... an, mô tả hiện tượng thủy động lực
học cần nghiên cứu trong một phiến hàm:
f(a1, a2, a3 ... an) = 0
(2.1)
Quan hệ (2.1) biểu diễn mối liên hệ của n đại lượng biến đổi độc lập với n thứ
nguyên tương ứng.
Quan hệ (2.1) có thể biểu diễn dưới một dạng khác của các biến không thứ
nguyên Π1, Π2, Π3, ... với Π1, Π2, Π3, ... được thiết lập từ các đại luợng a1, a2, a3, ... an.
Tổng số các biến không thứ nguyên sẽ ít hơn các đại lượng vật lý biến đổi, khi đó ta
có:
f( Π1, Π2, Π3 , ... ) = 0
(2.2)
Phương trình (2.2) có (n-r) biến không thứ nguyên. Tổng các thứ nguyên cơ bản
gần với tổng đại lượng biến đổi n thì giải bài toán sẽ đơn giản hơn. Thường r ≤ m.
Trong đó m là số thứ nguyên cơ bản nhất có thể chọn được, thường m =3. Ba đại
lượng cơ bản đó là:
+ Độ dài có thứ nguyên [L];
+ Khối lượng có thứ nguyên [M];
+ Thời gian có thứ nguyên là [T].
Tổ hợp không thứ nguyên độc lập Πi, được tạo nên từ (m+1) đại lượng trong số
các đại lượng có trong (2.1). Việc xác định các hệ số không thứ nguyên nói trên được
tiến hành theo các phương trình sau:
a1x .a 2y .a3z .a 4

Π1
=
a1x .a 2y .a3z .a5
Π2
=
a1x .a 2y .a 3z .a 6
Π3
=
(2.3)
. . ………
a1x .a 2y .a3zi .a n , với i =n-r.
Πi
=
Tiến hành làm phép tính cân bằng thứ nguyên ta tìm được các đại lượng Πi để
tìm các sêri thí nghiệm nhằm giải quyết yêu cầu bài toán.
1

1

2

2

1

2

3

3

3

i

i

2. Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều sâu bể tiêu năng tới chiều dài hố xói
Hố xói sau sân thứ 2 của cống lấy nước phụ thuộc vào các yếu tố khác nhau:
2.1 Các yếu tố công trình.
Học viên: – Lớp 14C1

3


Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực

- Chiều cao ngưỡng tràn.
- Hình dạng kích thước và vị trí cửa van.
- Chiều dài toàn bộ đoạn gia cố (Lv).
- Chiều rộng tràn nước và chiều rộng lòng dẫn hạ lưu.
- Hình dạng và kích thước mố trụ.
- Hình dạng mặt tràn.
- Hình dạng và kích thước công trình nối tiếp.
- Độ dốc lòng dẫn.
2.2 Các yếu tố dòng chảy.
- Khối lượng riêng của nước và hệ số nhớt động học.
- Lưu tốc trung bình mặt cắt.
- Sự phân bố lưu tốc biểu thị qua hệ số Coirllis α.
- Mức độ chảy rối của dòng chảy.

- Mực nước thượng hạ lưu.
- Lưu lượng đơn vị.
- Hàm lượng bùn cát.
2.3 Các yếu tố đất nền:
- Khối lượng riêng của đất nền.
- Hình dạng kích thước hạt.
- Đường cong cấp phối hạt.
- Các yếu tố cơ lý khác của đất nền.
Để nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước bể tiêu năng đến kích thước hố xói ở
hạ lưu (Lx, Tx) có rất nhiều yếu tố. Trong phạm vi bài tập chỉ trình bày một số yếu tố
chính cơ bản như sau:
+ Vận tốc v :
- Thứ nguyên [L/T]
+ Diện tích mặt cắt ngang dòng chảy ω:
- Thứ nguyên [L2]
+ Khối lượng riêng của nước ρ:
- Thứ nguyên [M/L3]
+ Cột nước hạ lưu hh :
- Thứ nguyên [L]
+ Chiều đoạn gia cố Lv:
- Thứ nguyên [L]
+ Chiều sâu bể db:
- Thứ nguyên [L]
+ Lưu lượng Q:
- Thứ nguyên [L3/T]
+ Đất nền bao gồm các yếu tố:
- Dung trọng γ:
- Thứ nguyên [M/L3]
- Đường kính hạt dh:
- Thứ nguyên[L]

Các yếu tố trên được viết như sau:
db = f0(v, ω, ρ, hh, Lv, Q,γ, dh, Lx,Tx)
Hay:
F(db, v, ω, ρ, hh, Lv, Q, γ, dh, Lx,Tx) = 0
(2.4)
Học viên: – Lớp 14C1

4


Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực

Để xác định Πi tương ứng ta chọn các thông số cơ bản là: ω, v, ρ; các thứ
nguyên cơ bản là: [L], [M], [T].
Bài toán có số ẩn n = 11, r = 3, vậy số hàm i = n-r = 11-3 = 8.
Lập hàm:
F (Π1, Π2, … Π8)
Để xác định Πi tương ứng ta viết như sau:
Π1 = ωx1. ρy1.vz1.hh
Π2 = ωx2. ρy2.vz2.Lv
Π3 = ωx3. ρy3.vz3. Q
Π4 = ωx4. ρy4.vz4. γ
(2.5)
x5
y5 z5
Π5 = ω . ρ .v .dh
Π6 = ωx6. ρy6.vz6.Lx
Π7 = ωx7. ρy7.vz7.Tx
Π8 = ωx8. ρy8.vz8.db
Phân tích thứ nguyên của các đại lượng trong (2.5) ta có:

Π1 = [L2]x1. [M/L3]y1.[ L/T]z1.[L]
Π2 = [L2]x2. [M/L3]y2.[ L/T]z2.[L]
Π3 = [L2]x3. [M/L3]y3.[ L/T]z3.[L3/T]
Π = [L2]x4. [M/L3]y4.[ L/T]z4.[M/L3]
(2.6)
2x1 – 3y1 + 4z1 + 12 =x50
3 y5
z5
Π5 = [L ] . [M/L ] .[ L/T] .[L]
- z1 = 0
⇒ x = -1/2; y = 0; z1 = 0;
(1)
Π6 = [L2]x6. [M/L3]y6.[1L/T]z6.[L]1
y1 = 0
Π7 = [L2]x7. [M/L3]y7.[ L/T]z7.[L]
2x2 – 3y2 Π
+8z=2 +[L12]=x8.0[M/L3]y8.[ L/T]z8.[L]
- z2 Khai
= 0 triển phương trình ⇒
x2 thành:
= -1/2; y2 = 0; z2 = 0;
(2)
(2.6)
y2 = 0
Π1 = L 2x1-3y1+z1+1. T -z1. M y1
2x3 – 3y3Π
+2z=3 +L 32x2-3y2+z2+1
= 0 . T -z2. M y2
y3 y = 0; z = -1;
- z2-1 = 0 Π3 = L 2x3-3y3+z3+3. T

⇒-z3-1
x3. =M-1;
(3)
2
3
y3 = 0
Π4 = L 2x4-3y4+z4-3. T -z4. M y4+1
(2.7)
2x5-3y5+z5+1
-z5
y5
2x4 – 3y4Π+5 z=4 -L3 = 0
.T .M
2x6-3y6+z6+1
y6
. T0;-z6-1
- z 4 = 0 Π6 = L ⇒ x 4 =
y4.=M-1; z4 = 0;
(4)
2x7-3y7+z7+1
-z7
y7
.T .M
y4 +1 = 0 Π7 = L
2x8-3y8+z8+1
. T –z8. M y8
2x5 – 3y5 Π
+8z=5 +L1 = 0
các Π
- z Cân

= 0 bằng thứ nguyên
⇒ x của
= -1/2;
y i =ta0;cóz các
= 0;hệ phương
(5)trình:
5

5

y5 = 0
2x6 – 3y6 + z6 + 1 = 0

5

5

- z6 - 1 = 0
y6 = 0
2x7 – 3y7 + z7 + 1 = 0

⇒ x6 = 0; y6 = 0; z6 = -1;

(6)

- z7 = 0
y7 = 0

⇒ x7 = -1/2; y7 = 0; z7 = 0;

(7)
5

Học2x
viên:
– Lớp
– 3y
+ z14C1
+1=0
8

- z8 = 0
y8 = 0

8

8

⇒ x8 = -1/2; y8 = 0; z8 = 0;

(8)


Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực

Thay các trị số mũ vừa tính được vào (2.5) ta có:
Π1 = ω-1/2. ρ0.v0.hh = hh/ω1/2;
Π2 = ω-1/2. ρ0.v0.Lv = Lv/ω1/2;
Π3 = ω-1. ρ0.v-1. Q = Q/ω.v;
Π4 = ω0. ρ-1.v0. γ = γ/ρ;

Π5 = ω-1/2. ρ0.v0.dh = dh/ω1/2;
Π6 = ω0. ρ0.v-1.Lx = Lx /v;
Π7 = ω-1/2. ρ0.v0.Tx = Tx/ω1/2;
Π8 = ω-1/2. ρ0.v0.db = db/ω1/2;

(2.5’)

Từ phương trình (2.4) ta có được phương trình chung nhất của sêri thí nghiệm:
F(hh/ω1/2; Lv/ω1/2; Q/ω.v; γ/ρ; dh/ω1/2; Lx /v; Tx/ω1/2; db/ω1/2) = 0 (2.8)
Như vậy:
Khi nghiên cứu ảnh hưởng của độ sâu bể tiêu năng đến chiều dài hố xói, chúng
ta phải xét đến quan hệ (2.8). Tuy nhiên trong thực tế để giảm bớt khối lượng thí
Học viên: – Lớp 14C1

6


Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực

nghiệm ta có thể định trước một số đại lượng mà ít ảnh hưởng đến đối tượng nghiên
cứu, chỉ tập trung nghiên cứu ảnh hưởng trực tiếp của chiều sâu bể tiêu năng (d b)đến
sự phát triển của hố xói (Tx)
II. CHỌN TỶ LỆ MÔ HÌNH

1. Tiêu chuẩn tương tự.
+ Dòng chảy qua cống là dòng chảy hở chịu tác dụng của lực trọng trường là
chính, tiêu chuẩn tương tự chọn là tiêu chuẩn Frút và cần đảm bảo mức độ rối như
nhau, hệ số lực cản Sêzi phải đồng nhất.
+ Nghiên cứu thí nghiệm mô hình cống thường nghiên cứu theo 2 giai đoạn:
- Giai đoạn nghiên cứu thí nghiệm lòng cứng nhằm xác định các thông số thủy

lực; sau khi tiến hành sửa đổi các kích thước hoặc kết cấu tiêu năng của công trình phù
hợp với yêu cầu của nhiệm vụ thiết kế thì mới chuyển sang giai đoạn thí nghiệm thứ 2.
- Giai đoạn thí nghiệm thú 2 là giai đoạn nghiên cứu thí nghiệm mô hình lòng
mềm; chủ yếu là để đánh giá khả năng xói lở ở vùng sân sau và lòng kênh dẫn hạ lưu.
+ Để đảm bảo định lượng khi nghiên cứu cần chú ý:
- Fr = idem
(2-9)
- Re (mô hình) ≥ Regh
(2-10)
- C = idem
(2-11)
+ Theo tiêu chuẩn Frút các tỷ lệ cơ bản được tính theo các công thức sau:
- Tỷ lệ về độ dài hình học :
λL
- Tỷ lệ về lưu lượng
:
λQ=λL5/2
- Tỷ lệ vận tốc dòng chảy :
λv=λL1/2
- Tỷ lệ về thời gian
:
λt=λL1/2
Tỷ lệ về độ nhám
:
λn=λL1/6
2. Xác định phạm vi xây dựng mô hình.
2.1. Chiều cao cần thiết của mô hình:
Được xác định trên cơ sở cao trình mực nước lớn nhất thượng lưu; cao trình
thấp nhất nền hạ lưu; khoảng an toàn lưu không thượng và hạ lưu.
H = ∇max -∇min + ∆h

(2.12)
trong đó:
∇max- cao trình mực nước lớn nhất thượng lưu cần nghiên cứu
∇min- cao trình thấp nhất nền hạ lưu
∆h- khoảng chiều cao an toàn, để bố trí thoát nước tự do sau hạ lưu.
2.2. Chiều dài cần thiết của mô hình:
Bằng tổng chiều dài các bộ phận công trình nghiên cứu; chiều dài phần thượng
lưu để bố trí thiết bị giảm sóng tạo dòng chảy lặng vào cửa công trình và nghiên cứu
Học viên: – Lớp 14C1

7


Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực

ảnh hưởng của thượng lưu, cần thiết lấy thêm một khoảng gia tăng ở hạ lưu để bố trí
thiết bị điều chỉnh mực nước, thiết bị thu hồi cát khi nghiên cứu mô hình dòng động và
thoát nước hạ lưu:
L = Lthượng lưu + Lngưỡng + Lbể + Lsân sau + Lhố xói + Lkênh hạ lưu + ∆L (2.13)
2.3. Chiều rộng cần thiết của mô hình.
Là chiều rộng lớn nhất của công trình, tương ứng với cao trình mực nước lớn
nhất thượng lưu (theo mặt cắt ướt), tăng thêm một khoảng an toàn và dùng để bố trí lối
đi lại phục vụ cho đo đạc:
B = Bmax + ∆B
(2.14)
3. Các yêu cầu khi chọn tỷ lệ mô hình.
Khi chọn tỷ lệ mô hình cần phải thoả mãn các yêu cầu sau:
+ Đảm bảo tiêu chuẩn tương tự
+ Mô hình đủ diện tích để bố trí đầy đủ các bộ phận công trình đã tính toán và
theo tỷ lệ đã chọn.

+ Cần phải thoả mãn các điều kiện giới hạn của tương tự cơ học:
- Cột nước tràn trên đỉnh ngưỡng h ≥ 50mm,
- Lưu tốc dòng chảy v ≥ 0,23m/s.
- Chiều cao dòng chảy trên mô hình h ≥ 15mm. khi dòng chảy dưới cửa
van thì độ mở nhỏ nhất của cửa van a ≥ 60mm, cột nước áp lực h ≥ 3,3a.
+ Các thiết bị đo đạc có đủ khả năng đo được các thông số (như vmax,
vmin, ...), khả năng phòng thí nghiệm có thể đáp ứng được về mặt cấp nước, trang
thiết bị, có đủ khả năng cung cấp vật liệu cho mô hình.
+ Chọn tỷ lệ mô hình nhỏ nhất có thể.
4. Tính toán thiết kế mô hình.
4.1 Tính toán sơ bộ một số thông số để xác định tỷ lệ mô hình:
+ Để có thể tính toán tỷ lệ mô hình nghiên cứu, ngoài thông số đã cho cần phải
xác định các kích thước khác: Chiều sâu bể tiêu năng db, chiều dài bể Lb, chiều dài sân
sau thứ hai L2, chiều sâu hố xói lớn nhất Tx, lưu lượng lớn nhất, mực nước hạ lưu...
+ Giả sử khi cống tháo lưu lượng lớn nhất theo yêu cầu Q max, mực nước hạ lưu
ở cao trình + 2,5 m, tương ứng độ sâu dòng chảy trên kênh h h=3,0m, độ dốc đáy kênh
i=4.10-4, kênh đất có độ nhám n=0,025, chiều rộng đáy kênh b=25m, mái kênh m=2.
Theo công thức dòng chảy trong kênh đều ta có:

Q = ω.C R.i
Kết quả tính toán như bảng sau:
Học viên: – Lớp 14C1

8


Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực

Qtk
(m3/s)

i

n

mt

mp

btk
(m)

vtk
(m2)

ctk
(m)

Rtk

Ctk

htk
(m)

Vtk
(m/s)

134,14

0,0004

0,025

2,00

2,00

25,0

93,01

38,42

2,42

46,35

3,00

1,44

Kết quả tính toán ở bảng trên, ta được Qmax = 134,14 m3/s.
- Chiều sâu dòng chảy trên sân thứ 2 có thể tính gần đúng theo công thức đập
tràn đỉnh rộng :
h s2


Q
= 

 4,43mb k





2/3

 134,14 
=

 4,43 * 2 * 25 

2/3

= 0,72m

- Với Qmax = 134,14 m3/s; Eo = 12 - (-0,5) = 12,5m; b= 25,0m; m =2; H h = htk =
3,0m; ta có:
q=

Q
134,14
=
= 4,33m 3 / s.m
(b + m.H h ) (25 + 2 * 3)

- Tính:
F(τ c ) =

q
4,44
=
= 0,1031
3/ 2
ϕ.E 0
0,95 * 12,5 3 / 2

Tra bảng tính thủy lực ta có: τc = 0,0235; τc” = 0,2764
Từ đây ta có: hco = Eo*τc = 0,29m; hco” = Eo*τc” = 3,46m;
- Tính chiều sâu bể lần thứ nhất: db = hco” – Hh = 3,46 – 3,00 = 0,46m
- Tính lại Eo’= Eo + db = 12,5 + 0,46 = 12,96 m
- Tính lại độ sâu liên hiệp, ta có:
F(τ c ) =

q
4,44
=
= 0,0977
' 3/ 2
ϕ.(E 0 )
0,95 * 12,96 3 / 2

⇒ τc = 0,0251; τc” = 0,2709
Từ đây ta có: hc1 = E’o*τc = 0,32m; hco” = E’o*τc” = 3,51m;
- Xác định độ chênh lệch mực nước ở ngưỡng bể tiêu năng
∆Z =

q2
q2

4,33 2
4,33 2
−
=
−
= 0,0066 m
2gH 2h 2gh "c2 2 * 9,81 * 3 2 2 * 9,81 * 3,512

- Tính lại độ sâu bể tiêu năng:
db = σ.hc1”- Hh - ∆Z= 1,2*3,51 – 3,00 - 0,0066 = 1,204 m
Vậy chọn db = 1,50 m
- Chiều dài bể tiêu năng:
Lb= 0,8*ln = 0,8*4,5* hc1” = 0,8*4,5*3,51 = 12,633 m
Chọn Lb = 13,0m
- Chiều dài sân sau thứ hai:
Học viên: – Lớp 14C1

9


Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực

L 2 = k q h = (10 ÷ 12) q h = (10 ÷ 12) 4,33 * 3,51 = (36,0 ÷ 43,2)m

Với h là chênh lệch mực nước thượng hạ lưu, h = 12,0 - 3,0 =9,0m
Như vậy, chọn L2 = 40m
- Chiều sâu lớn nhất hố xói gần đúng coi bằng chiều sâu bể tiêu năng:
Tx = db = 0,8 m
- Chiều sâu lớn nhất hố xói: theo kết quả nghiên cứu của GS.TS Phạm Ngọc
Quý là:

Tx= 3,6*db = 3,6*1,5 = 5,40m
Chọn Lx = 6,0 m
4.2 Xác định các kích thước mô hình thí nghiệm.
+ Chiều cao cần thiết: Theo công thức (2.12)
H = ∇max - ∇min + ∆h = 12 - (- 2,5) + 0,5 =15m.
+ Chiều dài cần thiết: Theo công thức (2.13)
L= Lthượng lưu + Lngưỡng + Lbể + Lsân sau + Lhố xói + Lkênh hạ lưu + ∆L
Trong đó:
Lthượng lưu= 6*Ht = 6*12 = 72m, chọn Lthượng lưu= 70m
Lngưỡng = 5m; Lbể = 13m; Lsân sau= L2 = 40m; Lhố xói =6,0m,
Lkênh HL + ∆L= 26m
⇒
L = 70 + 5 + 13 + 40 + 6 + 26 = 160m
+ Chiều rộng cần thiết: Theo công thức (2.14)
- Giả sử tường cánh của cống có chiều rộng mỗi bên là: Btường =8m
- Chiều rộng phần kênh hạ lưu là:
Bk= 25 + 2mHh=25 + 2*2*3 = 37m
- Chiều rộng phần của cống:
B=3Bc+Btrụ+2Btường=3*8 + 2*1,0 + 2*8= 42m
Chọn: B= Bmax + ∆B = 42 + 8 = 50m.
4.3 Chọn tỷ lệ mô hình.
+ Chọn tỷ lệ mô hình theo khả năng tối đa của máy bơm cấp nước.
Theo tiêu chuẩn Fr: Tỷ lệ về lưu lượng
λQ=

Qt
= λL5/2 ⇒ λL= (Qt/Qm)2/5 = (134,14/0,08)2/5 = 19,49
Qm

Chọn λ L=20.

4.4 Kiểm tra kính thước mô hình và các điều kiện giới hạn:
- Chiều cao mô hình
:
Hm= 15/20 =
0,75 m
Học viên: – Lớp 14C1

10


Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực

- Chiều dài mô hình
:
Lm=160/20 =
8,0 m < [20] m
- Chiều rộng mô hình
:
Bm=50/20
=
2,5 m < [15] m
Với phòng thí nghiệm có kích thước: BxL = 15 x 20 (m) hoàn toàn có thể bố trí
mô hình thí nghiệm.
4.5 Kiểm tra điều kiện giới hạn.
+ Điều kiện số Re: Rem ≥ Regh
- Khi tiến hành thí nghiệm theo điều kiện giới hạn để có thể bỏ qua sức căng
mặt ngoài thì cột nước trên đỉnh tràn h ≥ 50mm, tương ứng cột nước thực tế h=1,0m.
- Lưu lượng qua đập tràn thực dụng ta tính được Qt =134,14 m3/s, vận tốc trên
đỉnh đập tràn vt=1,44 m/s, tương ứng trong mô hình có Qm =

vm=

Q t 134,14
=
= 75 l/s và
λ5L/ 2 20 5 / 2

vt
1,44
= 5 / 2 = 0,32m/s.
1/ 2
λL
20

- Lấy nhiệt độ trung bình của nước trong thời gian thí nghiệm là 20 oC thì độ
nhớt động học của nước là: ν= 0,01 cm2/s
⇒ Hệ số Râynol nhỏ nhất trên mô hình được xác định:
Rem=

0,32x 0,05
v.h
=
= 16.000
0,01x10 − 4
ν

Mặt khác hệ số Râynol (Regh) giới hạn của mô hình được xác định theo công
thức:
R egh =

14.R m
∆m εm

Trong đó:
ε: hệ số sức cản do ma sát, đối với lòng dẫn tự nhiên lấy εm = 0,03 ÷ 0,04
∆m: là độ gồ ghề của lòng dẫn khi chế tạo mô hình, trát địa hình ∆m ≈ 1,0mm;
Rm ≈ hm ứng với độ sâu nhỏ nhất trong mô hình
hm = 50mm (tương ứng với cột nước nhỏ nhất ngoài thực tế là 1,0m)
⇒

R egh =

14.R m
∆m εm

=

14 * 50
1 * 0,03

= 4041,5

Như vậy: Rem =16.000 ≥ Regh = 4.041,5
Có thể kết luận rằng chọn λL=20 để thiết kế mô hình tổng thể cho công
trình cống lấy nước (theo yêu cầu bài ra) là thỏa mãn điều kiện.
+ Điều kiện về độ nhám, chọn vật liệu mô hình:
nt

- Theo tiêu chuẩn Fr: λn = n =λL1/6
m

Học viên: – Lớp 14C1

11


Nghiên cứu thực nghiệm mô hình Thủy lực

- Đối với cống, bể tiêu năng bằng bê tông có n =0,014 ⇒ nm =

nt
= 0,0085
λ1L/ 6

⇒ Có thể chọn vật liệu là chất dẻo.
- Đối với kênh dẫn, các bộ phận có n =0,025, tương tự như trên ta tính được
nm=0,015
⇒ Có thể chọn vật liệu là vữa xi măng cát vàng.
Với tỷ lệ mô hình λL = 20 hoàn toàn thỏa mãn các điều kiện tương tự cũng như
việc bố trí trên mô hình và cung cấp nước cho thí nghiệm
Từ các kết quả tính toán trên, ta thu được các thông số sơ bản của mô hình như
sau:
Tỷ lệ mô hình
20

Lưu lượng
mô hình
max (l/s)
75

Chiều cao
mô hình (m)

Chiều dài
mô hình (m)

Chiều rộng
mô hình (m)

0,75

8,0

2,5

III. KẾT LUẬN

Khi nghiên cứu ảnh hưởng của chiều sâu bể tiêu năng đến kích thước chiều dài
hố xói của cống như đã trình bày ở trên thuộc loại mô hình không gian, tổng thể và
lòng dẫn cứng. Do điều kiện thời gian và hiểu biết còn hạn chế nên ở đây tác giả mới
giả thiết một số một số trường hợp để tính toán lựa chọn mô hình, còn những phần
quan trọng khác trong thiết kế mô hình chưa có điều kiện đề cập đến.
Công việc thí nghiệm là một công việc quan trọng trong quá trình thiết kế công
trình, do đó cần phải có sự thận trọng, tỷ mỉ, chính xác, tránh sai sót. Vì thí nghiệm là
khâu cuối cùng trong công nghệ thiết kế và kết quả của nó thường được áp dụng ngay
cho các công trình thực tể và bổ sung cho các nghiên cứu cơ bản.

Học viên: – Lớp 14C1

12

Nghiờn cu thc nghim mụ hỡnh Thy lc

Tài liệu tham khảo
1. Mô hình toán và mô hình vật lý công trình thuỷ lợi.
(Bài giảng cao học)
PGS.TS. Phạm Ngọc Quý, Hà Nội 8/1998.
2. Một số vấn đề tính toán thuỷ lực nối tiếp hạ lu và xói sau công trình thuỷ lợi.
(Bài giảng cao học)
PGS.TS. Phạm Ngọc Quý, Hà Nội 1995.
3. Nối tiếp và tiêu năng ở hạ lu công trình thuỷ lợi.
PGS.TS. Phạm Ngọc Quý, NXB Xây dựng 2003.
4. PGS.TS Trần Quốc Thởng: Thí nghiệm mô hình Thủy lực công trình
5. Giáo trình thủy lực tập 1,2 (Nhiều tác giả - Nhà xuất bản Đại học và trung học
chuyên nghiệp, Hà nội - 1978).
6. Sổ tay tính toán thủy lực NXB Mir 1984. - P.G Kixêlep .

Hc viờn: Lp 14C1

13