Xem mẫu
Chương VIII
DÒNG CHẢY ĐỂU K H Ô N G ÁP TRONG KÊNH
I. TÓM TẢT LÝ THUYẼT
a) Khái niệm chinìịị. Kênh chia ra làm hai loại: kênh hớ (thường gặp) và kênh kín (các đường hầm cháy không áp. ông thoát nước chảy không áp trong thành phố v.v ...). Đặc điếm
chung là: dỏ sâu h., (đc) sán cluiv cỉềit) \`à còt nước lưu tốc —— (tức tỷ đông năng) kliông đoi 2
dọc iheo dòng cháv. Do đó, trong dòng chảy đều không áp, ba độ dốc; độ dốc đáy kênh i,
độ dốc dường mật nước
a v*
(lức độ dốc đo áp) và độ dốc thúy lực J là bằng nhau:
j = j p = i (8- 1)
Lưu tốc trung bình trong kênh xác định theo cõnư ihức Sezi:
V= C\ÍRỈ = C\ÍRì ,{m/s) (8-2)
Lưu lirợns tính iheo côiìg thức:
Q = VO) = 0 ) C - / rT . (8-3)
Hinh 8-ỉ
C}ọi: môđun lưu lượng:
và mòđuii lưu lốc:
K = 0)( / r (8-4)
W =C \`R (8-5)
ta được hai công thức cơ bán đế tính thuỷ lưc cho dòng chảy đều, không áp trong kenh:
Ọ = KvT (8-6 ) v = w -/ĩ (8-7)
Hệ số Sezi c có thê tính theo các công thức đã có ớ chương IV hoặc lấv ớ các phụ lục 4-5. 4-6.
Khi thiết kế kênh, ngoài những yêu cáu vể mặt thúy lưc, còn phải thoả mãn một yêu cầu rất quan trọng sau đây: lưu tốc thưc tẽ Vtrong kẻnh (tính theo 8-7) phái nằm trong giới hạn sau:
|VkM 0.002 m/s-,
M= 0,002 m/s khi w < 0,002 m/s.
Hai loại bài toán thường gặp khi tính toán kênh (hệ sô` nhám n coi như đã biết):
1. Mặt cắt ngang của kênh đã biết, các đại lượng cần xác định là V, Q hoặc i: Từ điều kiện đã cho, ta tmh ra w, K (theo 8-4, 8-5), sau đó tínhđược V, Q từ các công thức (8-6), (8-7).
Độ dốc i có thể xác định theo công thức:
i = K ` coC`R (8- 10) hoặc;
(8-11)
Độ hạ thấỊ< của đáy kênh hoặc của đường mặt nước trên chiều dài 1 (hình 8-1) tính theo công thuc:
AZ = i/ (8-12)
2. Các bài toán mà xuất phát từ những điểu kiện cho trước Q, V (khống chế), i, phải xác định các kích thước mặt cắt ngang của kênh. Đây là bài toán hay gặp trong thiết kế. Dưới đây sẽ xét riêng cách tính cho kênh hở và kênh kín.
h) Tírlì toán thủy lực kênh hở ®
Hình dạng của kênh hay gặp nhất là hình thang, hình chữ nhật, hình nửa tròn v.v... ít gặp
hơn. ở đ`y chủ yếu nói về kênh hình thang.
Các yêu tố thủy lực của mặt cắt ngang của
kênh hình thang xác định như sau (hình 8-2): Hình 8-2
- Diện tích mặt cắt ướt:
(0 = (b + mh)h = ( p + m)h (X-13)
- Chu vi ướt:
x = b + 2vl + m^h = (P + m`)h (8-14)
184
Bán kính thủy lực:
Chiéu rộng mặt nước:
trong đó:
R .5 1 = Ệ ± B h (8-15) X p+ m `
B = b + 2mh = <ị3 4- 2m)h (8-16)
b, h - chiều rộng đáy kênh và chiều sâu nước trong kênh;
m = cotga - hệ số dốc của mái kênh;
m = 2^í\ + m (8-17)
(8-18)
Đối với kênh hình chữ nhật: m = 0; kênh hình lam giác: b = 0.
Mặt cắi có lợi nhất về thủy lực của kênh hình thang, khi ưị sô m đã cho trước, có các kích thước b và h thoả mãn hệ thức sau:
[3= —= Pin = 2{vl + m ^ - m ) = m ` - 2 i T i (8-19)
Có thổ tra p|„ =: f(m) Irong bảng §au;
Bảng 8-1
m 0.00 0,10
p.n 2.00 1.81
0,20 0,25
1.64 1.562
0,50 0.15 1,00 1,25 1,50 2,00
1,236 LOGO 0,828 0,702 0.606 0,472
2,50 3,00
0.385 0.325
Nếu thay Pin ở (8-19) vào công thức (8-15), ta được:
R =
Từ những hệ thức trên, ta thấy công thức Q = K Vỉlà một liên hệ giữa 6 đại lượng Q, b, h, m, n, i, trong đó 2 đại lượng m, n có thể coi là luôn luôn biết trước. Vì vậy, công thức (8-6 ) có thể viết thành:
Q = f(b, h, i) (8-20) Loại bài toán 1 giải tương đối đơn giản. Loại bài toán 2 giải phức tạp hơn. Có thể tính
trực tiếp; thử dần, vẽ đồ thị v.v... để xác định b, h, nhưng như thế thì mấl nhiểu thì giờ. Vì vậy, đối với loại bài toán 2, người ta đã đưa ra nhiều phương pháp giải nhanh bằng cách dùng các đồ thị và các bảng lập sẩn. Dưới đây giới thiệu phưcíng pháp ciia giáo sư I.I.Agơrốtxkin: Tính kênh theo đặc trưng của mặt cắí: Nội dung của phương pháp này là với các điều kiên Q. m. n, i đã cho, các yếu lố của mãt cắt ngang của kẽnh (b, h, R) được
185
xác định dựa trên bán kính thủy lực của mặt cắt có lợi nhất về thủy lực (R|n) của kênh có cùng các điều kiện đã cho trên.
I.I.Agơrốtxkin đưa ra hai đặc trưng không thứ nguyên sau đây của kênh hình thang;
1. Đặc trưng cúa mái kênh:
m(, = 2V1+ - m = m` - m (8-21)
2. Đặc trưng của mặt cắt ướt:
m,,h bib
trong đó (xem hình 8-2): b((3 = b + mh
(8-22)
(8-23)
Trị số của Rị^được xác định từ hệ thức như sau:
f(R,„)=(CR“ ) r : = í ^ (8-24)
từ đây. sử dụng phụ lục 8-3 sẽ tìm được R/^.
Dựa vào R|n, các yếu tô khác được xác định như sau:
R := 2.5+ỵ ` 4ơ (8-25) RIn
= (l + ơ) (8-26) In In
b.h _ (i + g) R . m, -m (8-27) ơ R,„ ’ R RIn
V / p N(ì,5+y
(8-28) In v`^ln /
trong đó; y là số mũ trong công thức
y - 0 ,20.
Cách dùng các bảng như sau;
c = —R^. Số liệu ghi ớ phụ lục 8-4 là tính ứng với n
Với Ọ, i. m đã cho, trước hết phải xác định R|^ từ (8-24) (phụ lục 8-3). Sau đó, từ 1
irong 3 tý số: , ——đã biết, ta tìm được các lỷ số khác (phụ lục 8-4). và cuối ^In
cùng xác dịnh được tất cá các yếu tô` còn lại.
r) Tiiìlt ĩlui\` lực kênh kín (ống không áp).
Tùv theo điểu kiện cụ thể, mặt cắt ống có thế là hình tròn, liiiih qiKÌ IIỨIIU
M6
Gọi chiều cao mặl cắt ống là H, độ sâu nướctrong ống là
h (hình 8-3), thì tỷ số a = — đươc goi là đôđầy. Người ta H
thường thiết kế với a = 0,50 ^ 0,75.
Đé việc tính toán đỡ tốn thời gian, đối với từng loại mặt
cắt ông. người ta lập sẵn các bảng và đồ thị sau: Hình 8-3
1. Các bảng cho; Trị số môđun lưu lượng và môđun lưu tốc của ống ứng với lúc chảy đầy ống (a = 1): Kq. (phụ lục 8-5);
2, Các đồ thị biểudiễn hai quan hệ sau:
A = -j^ = f,(a)
ĐỒ thị ớ phụ lục 8-5
B = ^ = f,(a,
trong đó: K và w là môđun lưu lượng và mô đun lull tốc của ống ứng với độ đầy a = —
bất kỳ. Các đồ thị này dùng riêng cho từng loại mặt cắt ống không kể ống đó có kích
thước lớn hay nhỏ (các mặt cất đồng dạng), ở đây chỉ đưa ra đồ thị dùng cho mặt cắt hình tròn và hình quả trứng.
Dùng các bảng và đổ thị nói trên, có thể giải các bài toán sau đây (hệ số nhám n coi là biết trước):
- Biết H. h, i tính Q, V.
• - Biết H, h, Q (hoặc v) tính i. - Biết Q (hoãc v), H, i, tính h. - Biết Q, h, , tính H.
II. BÀI TẬP
Bài 8-1. So sánh khả nãng tháo nước (lưu tốc và luu lượng) của cáckênh cócùng trị sô diện tích mặt cắt ướt co = 1,0^ ^ nhưng có hình dạng khácnhau (xem hìnhvẽ). Kênh lát bêtông (n = 0,017), độ dốc đáy i = 0,005.
G iải: Dùng hai công thức:
V = c 4 ^ i Q = cưv
1. Mãt cắt kênh là hình tam giác đều: Vì (0 = — a’ nên a ‘ = ^ 4 s
= 2,31m ’ s
187
...
- tailieumienphi.vn
nguon tai.lieu . vn