báo cáo chuyên đề dòng chảy trong kênh hồ

Dòng chảy trong kênh hở

+Dòng chảy đều
+ Dòng chảy không đều
thay đổi chậm


So sánh dòng chảy đều trong ống và kênh hở
Tổn thất năng lượng

ĐĐA

ĐNL

ĐĐA

ĐNL

h

Mặt so sánh

Dòng chảy trong ống

Mặt so sánh

Dòng chảy kênh hở
2


Dòng đều trong kênh hở

i = Jp = J


Công thức cơ bản:

ω
τ 0 = γ sinα
l

Q = const
ω 1v1 = ω 2 v 2 = Q

τ 0 = γRi

τ0
= v*2
ρ

v* = gRi

8g
v=
Ri
λ

v = C Ri

C = ks R

1

6

1 16
= R
n

1 23 12
v= R i
n


Qwan hệ




8 R1/6
C
V
=
=
=
f n g
g
gRSf

cho rối thành trơn
thành trơn sang thành nhám

1

= 1,80 lg Re− 1,5146
f

1
 k s 21, 25 
= 1,14 − 2, 0 lg 
+
0,9 ÷
4R
Re
f






: ks - nham cát tương đương (bê tông nhám: ks
(mm) = 3,0 ÷ 4,5; kênh đất thăng đều:
ks = 3,0, mặt bê tông rất nhẵn: ks = 0,15 ÷ 0,30;
xây đá, cuội sỏi: ks = 6,0);


3

 N χ N nN2
n = ∑
χ
1










2
3

Nhám phức tạp

Theo Einstein: thành

χ 1, χ 2 ,...,χ Nn

ωN phần có
n1, n2 ,...,nN

v1 = v2 = ...= vN = v
2
3

2
3

2
3

1
1
1
1  ω  2 1  ω1  2
1 ωN  2

 i
v =   i =   i = ... =
nχ 
n  χ1 
nN  χ N 


Nhám phức tạp


Theo Pavlôpski,

 N
2
χ
n
∑ N N
1

n=
χ









1
2



Các dạng mặt cắt thông dụng
ω = b.h
χ = b + 2h
ω
R=
χ
1
ω = b.h + 2. .h.h.m = h(b + h.m)
2

χ = b + 2h 1 + m 2
ω
R = ; m = cotgα
χ


Các dạng mặt cắt thông dụng
2

r
ω = (ϕ − sin ϕ )
2
χ = r.ϕ
ω
R=
χ


Tính dòng
chảy đều




1
2/3 1/2
Q = ωR So
n

1
K = ωR 2/3
n

Yếu tố mặt cắt tính dòng đều.
kênh hình thang

P = b + 2h o 1 + m

ωR

2/3

K So

=

R 2/3

(b + mh o )h o
ω
R= =
P b + 2h 1 + m 2
o

2

(b + mh o )

nKω
=

5/3

5/3

ho

(b + 2h o 1 + m 2 ) 2/3

= f (b, m, h o )


Tính dòng
chảy đều



Kênh có

Đặt

ho
≥ 0, 02
b

1
Q = ωR 2/3S1/2
o
n
ωR 2/3

ωR 2/3
φ = 8/3
b

nQ
= ωR 2/3
So

(bh o )5/3
(h o / b)5/3
8/3
=
=
b
(b + 2h o ) 2/3 (1 + 2h o / b) 2/3

(ηo )5/3
nQ
ωR 2/3
= 8/3 =
= φ(ηo )
2/3
8/3
b
(1 + 2ηo )
So b


2
1
1
3
TÍNH TOÁN
Q = vω = ωC Ri = R ω i 2
n
LƯU LƯỢNG



ηo = h0 /b

φ(ηo ) ~ ηo

nQ
ωR 2/3 (1 + mηo )5/3 (ηo )5/3
= 8/3 =
= φ (ηo , m)
8/3
b
So b
(1 + 2 1 + m 2 ηo ) 2/3




(phụ lục 1)
Biết

ω ,b và m thì h

0

là:

b 2 + 4ωm − b
ho =
2m

Kênh tròn
D2
ω=
(2θ − sin 2θ); P = 2ro θ = Dθ; θ = f (h o / D);
8


Kênh tròn có góc ở tâm chắn đường mặt nước

nQ
ωR 2/3 1 (2θ − sin 2θ)5/3
= 8/3 =
= φ(h o / D)
2/3
8/3
32
D
θ
So D



(phụ lục 2)


b
Kênh có mặt cắt
β ln = ( ) ln = 2( 1 + m 2 − m)

lợi nhất về thủy lực
h
h
R=
2



Kênh nửa đường tròn có chu vi ướt là nhỏ nhất



πr 2
ω r h
ω=
, χ = πr , R = = =
2
χ 2 2
Kênh hình thang

ω = (b + mh)h

χ = b + 2h 1 + m 2


χ
= χ min
kênh mặt cắt chữ nhật

b=B

b
β ln = ( ) ln = 2
h


Kênh có mặt cắt
lợi nhất về thủy
lực, m=hằng số
1
ω = b.h + 2. .h.h.m = h(b + h.m)
2
ω
b = − mh
h

dχ
=0
dh

−b
+ 2( 1 + m 2 − m) = 0
h
b
β ln =  ÷ = 2( 1 + m 2 − m)
 h ln

χ = b + 2h 1 + m 2
ω
χ = − mh + 2h 1 + m 2 = f (h)

h

dχ
ω
= − 2 − m + 2 1+ m2
dh
h
h(b + mh)
2
=−
−
m
+
2
1
+
m
h2

−b
=
+ 2( 1 + m 2 − m )
h


= 60
α

OF=D

0

Mặt vắt kênh lợi nhất về thủy lực
B
OF =

D 1+m 2

OF = D

1+m 2

m
OF =

D 1+m 2
1+m 2

b
HỆ SỐ MÁI DỐC m THAY ĐỔI


CÁC BÀI TOÁN VỀ DÒNG CHẢY ĐỀU
TRONG LÒNG DẪN HỞ

Q = ωC Ri







Bài toán 1- Tính lưu lượng Q Khi biết diện tích ω
và độ dốc đáy i.
Bài toán 2- Tính độ dốc đáy i khi biết lưu
lượng Q và diện tích ω .
Bài toán 3- Tính diện tích mặt cắt ướt ω khi
biết lưu lượng Q và độ dốc đáy i.


Thí dụ 1
: Mặt cắt hình thang có độ sâu 3 (m), chiều rộng đáy b = 10 (m),
m =1.5, i = 3.10-4, nhám n = 0.017. Kiểm tra Q,v



Bài giải:

ω = (b + mh)h = 43,5

v = C Ri = 1, 67 m / s

m2

χ = b + 2h 1 + m 2 = 20,82 m
ω
R = = 2, 09 m
χ
1 1/ 6

C = R = 66,51 ( m / s )
n

Q = v.ω = 72, 44 m3 / s

v ≤ vox
Kiểm tra:

vox = 3, 6(hd ) 0,25 = 8, 06 m / s


THÍ DỤ 2

V = C Rh Se
A=

2.52 × 5.04
0.72 × 2.52
+ 2.52 × 16.8 +
× 3.6 + 0.72 × 150 = 162.52 m 2
2
2

P = 0.72 + 150 +

(1.8

2

+ 3.62 ) + 16.8 +

( 2.52

2

+ 5.04 2 ) = 177.18 m

A 162.52
Rh = =
= 0.917
P 177.18
0.69
V = 35 0.917 ×
= 0.7 m/s
1584
Q = VA = 0.7 × 162.52 = 113 .84 m 3 / s
19


Tìm h0 theo biểu đồ
Ko =

Q
i

K = Cω R

Bước 1: giả thiết độ sâu dòng chảy h1,h2,h3…hn
Bước 2: Đưa các giá trị trên mặt cắt ngang tính toán,
nhận được K1,K2,K3…Kn tương ứng với độ sâu đó

Bước 3: Vẽ đồ thị mối quan hệ K=f(h)
Bước 4: Xác định giá trị

Ko =

Q
i

Bước 5 : Từ giá trị K o tra đồ thị tìm được chiều sau chảy đều ho



Dòng chảy kênh hở
Sơ đồ mặt cắt dọc dòng chảy

V12
α
2g

Đường năng lượng
Sf

i ≠ j hay s0 ≠
Sf
V22
α
2g

Đường mặt nước
y1 Hay h

1
Đường đáy
z1

So

i
θ

y2
Hay h2
z2


Dòng không đều thay đổi chậm


Kênh lăng trụ và phi lăng trụ

dω dω dh
=
dl dh dl





Tỷ năng mặt cắt
Chiều sâu phân giới
Phương trình cơ bản

Các dạng đường mặt nước

dω ∂ω ∂ω dh
=
+
dl
∂l ∂h dl


Tỷ năng mặt cắt



v2
E = hcosα + α
2g

độ dốc đáy rất nhỏ

αv2
E = h+
2g
αQ2
E = h+
2gω 2

f ( E, h,Q) = 0

Trạng thái phân giới

Đường cong h( Q) với E không đổi
d(αQ )
=0
2

αQ = 2gω ( E − h)
2

2

dh

d  αQ2  d 2

 =
ω ( E − h) = 0
dh 2g  dh

dω
=B
dh

dω
( E − h) − ω 2 = 0
2ω
dh

αQ
B=1

3
gω

[

]

2