Bán kính thủy lực (m) |
Hệ số nhám n |
|||||||||
|
0,011 |
0,012 |
0,013 |
0,014 |
0,015 |
0,017 |
0,018 |
0,020 |
0,022 |
0,025 |
0,01 - 1,0 |
0,13 |
0,14 |
0,15 |
0,16 |
0,17 |
0,19 |
0,20 |
0,20 |
0,22 |
0,24 |
1,0 - 3,0 |
0,13 |
0,13 |
0,14 |
0,15 |
0,15 |
0,17 |
0,17 |
0,18 |
0,19 |
0,20 |
3.8 Với lưu lượng đã cho dòng chảy trên mặt cắt đang xét cần được coi là phát sinh hàm khí khi lưu tốc đạt tới trị số:
trong đó: s = 0,074kgm/s2 gọi là hằng số căng bề mặt;
r = 1000kg/m3 là tỷ trọng của nước
Khi các trị số a, r là hằng số như trên và lấy C = , thì vế phải của hệ thức (4) là hàm của bán kính thủy lực R hệ số nhám n và góc nghiêng q.
Lúc đó, hệ thức (4) có dạng:
Để đơn giản việc tính toán, có thể sử dụng đồ thị quan hệ Hình 4 với:
...
...
...
Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
Hình 4 - Đồ thị quan hệ A = f(R,n)
3.9. Để xác định lưu tốc phát sinh hàm khí Vhk, nên dùng phương pháp đồ giải như sau:
- Lập biểu đồ quan hệ Vhk = f1(h) và v = f2(h);
- Giao điểm của hai đường cong này cho giá trị cần tìm của Vhk và hhk.
Trên đường cong mặt thoáng đã lập, xác định vị trí tuyến phát sinh hàm khí ứng với trị số hhk.
Nếu các đường cong Vhk = f1(h) và V = f2(h) không cắt nhau, thì có nghĩa là với lưu lượng đã cho dòng chảy tại mặt cắt đang xét không bị hàm khí.
3.10. Nếu tính toán cho thấy có xuất hiện hàm khí, thì đoạn tuyến tháo nước sau vị trí phát sinh hàm khí được tính toán theo tài liệu sổ tay tính toán thủy lực hoặc tài liệu, tiêu chuẩn hiện hành tính toán khí thực.
3.11. Việc tính toán các đoạn co hẹp và mở rộng, các đoạn cong và có độ dốc thay đổi đột ngột cần tiến hành theo các hệ thức thủy lực tương ứng trong tài liệu Sổ tay kỹ thuật thủy lợi tập I, nhà xuất bản nông nghiệp -1979, hoặc các tiêu chuẩn hiện hành.
3.12. Để lập đường cong mặt thoáng của dòng chảy không hàm khí trong phạm vi mũi phóng hình trụ, cần xác định đầy đủ độ sâu và vận tốc ở ba mặt cắt (Hình 5):
...
...
...
Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
- Mặt cắt 2-2, qua điểm thấp nhất của mặt cắt mũi phóng;
- Mặt cắt cuối cùng (mặt cắt 3-3).
Các thông số dòng chảy ở mặt cắt 1-1 được xác định theo kết quả lập đường cong mặt thoáng của dòng chảy trên mặt tràn phẳng.
Ở hai mặt cắt còn lại vận tốc và chiều sâu được xác định theo phương trình lưu lượng không đổi (phương trình liên tục) và phương trình Becnuly, lập theo trình tự sau:
- Đối với mặt cắt 1-1 và 2-2
- Đối với mặt cắt 2-2 và 3-3:
trong đó:
...
...
...
Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
và là chiều dài của các đoạn trên mũi phóng;
Vtb, Rtb, Ctb lần lượt là các trị số trung bình của vận tốc, bán kính thủy lực và hệ số sêdi trên đoạn mũi phóng;
là thành phần xét đến áp lực ly tâm do dòng chảy cong gây ra.
Trong trường hợp khi bán kính cong RH của mũi phóng đủ lớn so với chiều sâu dòng chảy, nghĩa là khi RH/h1 ≥ 8 thì trị số có thể tính theo hệ thức:
trong đó
h1 và v1 là độ sâu và vận tốc ở mặt cắt 1-1 (đầu đoạn cong) khi RH/h1 < S, giá trị có thể tìm theo hệ thức:
là vận tốc tương đối xác định theo đồ thị trên Hình 6, phụ thuộc và RH/h1 và góc ở tâm b
...
...
...
Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
3.13. Mũi phóng càng cong thì chênh lệch giữa góc a của luồng chảy ra từ mũi phóng và góc nghiêng của đáy mũi phóng aH càng lớn. (Xem Hình 7).
Hình 7. Đồ thị để xác định góc của dòng chảy tại luồng chảy ra từ mũi phóng
Trị số a tính theo công thức:
a = aH - (b - a0) (10)
trong đó:
b là góc ở tâm (Hình 5)
...
...
...
Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
3.14. Để đánh giá khả năng xuất hiện sóng trên thân dốc nước, cần tính toán theo tài liệu, các tiêu chuẩn hiện hành.
3.15. Để kiểm tra khả năng xuất hiện khí thực trên dòng chảy, cần thực hiện tính toán theo tài liệu, tiêu chuẩn hiện hành về tính toán khí thực.
4.1. Độ phóng xa của luồng chảy khỏi mũi phóng hình trụ
Độ phóng xa của luồng chảy khỏi múi phóng hình trụ được mô tả trên Hình A1 có thể xác định theo hệ thức:
trong đó:
Z1 là chênh lệch giữa mực nước thượng lưu với đáy cuối dốc, m (xem Hình A1);
k là hệ số, xét đến ảnh hưởng hàm khí và tách dòng khí phóng xa;
...
...
...
Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
vH là xác định theo Điều 3.12;
Trị số k lấy như sau:
Khi FrH = < 30 đến 35, lấy k = 1;
Khi FrH > 35, lấy k = từ 0,8 đến 0,9;
trong đó: FrH là số Frut tại mặt cắt dòng chảy ra khỏi mũi phóng.
4.2. Góc đổ của luồng chảy vào mặt nước hạ lưu
- Góc đổ của luồng chảy vào mặt nước hạ lưu tính theo công thức
- Khoảng cách từ điểm cuối cùng của mũi phóng đến hõm xói sâu nhất ở lòng dẫn hạ lưu tính theo
...
...
...
Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
- Để đảm bảo cho không khí có thể đi vào phía dưới luồng chảy và để tránh cho luồng chảy bị ngập ở phía hạ lưu, thì cao độ của mũi phóng cần bố trí không thấp hơn mực nước lớn nhất ở hạ lưu.
- Luồng chảy ra khỏi mũi phóng sẽ bay xa nhất khi góc a nằm trong khoảng 30° đến 35°.
5. Tính toán xói lòng dẫn bằng đá
5.1. Các tính toán nêu dưới đây tương ứng với điều kiện bài toán phẳng, luồng chảy phóng ra từ mũi phóng hình trụ không bị ngập.
5.2. Để tính toán sơ bộ chiều sâu xói lòng dẫn bằng đá có nứt nẻ phân khối có thể dùng hệ thức sau:
Trong đó:
Fr = là số Frut;
Hệ thức (14) đúng trong phạm vi: T/hK bằng từ 5 đến 30; d/hK bằng từ 0,05 đến 0,075; Fr < 200.
...
...
...
Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
Thì nên dùng phương pháp dưới đây để tính chiều sâu lớn nhất của phễu xói hình thành dưới tác động của luồng chảy rơi.
5.4. Các trị số giới hạn nhỏ nhất E*gh và P* gh, mà với trị số đó, phân khối đá có thể còn bị tách khỏi khối nền được xác định theo công thức:
Các công thức trên đúng trong điều kiện không có bãi bồi sau phễu xói.
5.5. Với các trị số E*gh/zo; P*gh/zo; /hK, theo đồ thị Hình 8 và 9 tìm tỷ số t/hK.
Từ t/hk, xác định t = (t/hK).hK và tính chiều sâu lớn nhất của hố xói trong lòng dẫn bằng đá theo công thức:
Hx = t - h + c (17)
...
...
...
Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
Hình 9 - Đồ thị để xác định chiều sâu nước ở hố xói phụ thuộc vào và
5.6. Trong trường hợp các phân khối đá nằm ngang hay thẳng đứng (y = 0) với:
- Độ dốc mái thượng lưu lấy trung bình là 1 : 2,2
- Độ dốc mái hạ lưu 1 : 1,5
- Chiều dài đoạn nằm ngang của đáy lấy gần bằng 2,5hk thì chiều dọc của phễu xói bx đo ở mức cao trình của đáy không xói được tính bằng công thức:
bx = 2,5hK + 3,7hx (18)
...
...
...
Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
A.1 Các điều kiện tính toán
Một công trình xả có lưu lượng lớn nhất tính toán Qmax = 1 000 m3/s, gồm các bộ phận (Hình A.1):
- Đoạn vào;
- Ngưỡng tràn kiểu Ôphixêrốp, cột nước tràn ứng với Qmax = 1 000 m3/s là H = 5,80 m, chiều rộng tràn b = 10 m x 4 = 40 m (4 Khoang). Đỉnh tràn ở cao trình 195,70 Mực nước thượng lưu lớn nhất MNTLmax = + 201,50;
- Dốc nước bê tông cốt thép, mặt cắt hình chữ nhật b = 10m x 4 = 40 m, (4 khoang được phân tách bằng tường phân dòng), độ dốc i = 0,05, độ nhám n = 0,015, chiều dài dốc = 70 m, đầu dốc ở cao trình 190,00 m, cuối dốc ở cao trình 186,50 m;
- Mũi phóng hình trụ có bán kính cong RH = 10m; góc ở tâm b = 36°; góc nghiêng tại cuối mũi phóng aH = 35°; độ chênh cao của đáy mõi phóng với điểm thấp nhất của nó là y1 » 0; y2 = 1,70 m; độ chênh cao của đuôi mũi phóng so với đáy lòng dẫn hạ lưu là a = 8,20 m;
- Lòng dẫn hạ lưu là đá, phân khối đá nền nằm ngang có kích thước:
● Chiều ngang = 0,60 m;
...
...
...
Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
● Chiều cao c = 0,60 m;
● Mực nước hạ lưu ứng với Qmax là +186,00.
CHỈ DẪN:
Tất cả kích thước trên hình có đơn vị là m.
Hình A.1 - Sơ đồ tính toán
A.2 Tính chiều sâu dòng chảy và lưu tốc đầu dốc nước:
Dòng chảy tại đầu dốc nước là dòng chảy co hẹp sau khi qua ngưỡng tràn.
Chiều sâu tại mặt cắt co hẹp hc có thể tính theo một trong hai cách:
...
...
...
Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
trong đó:
q = = = 25 (m³/s.m).
j = 0,95 : là hệ số lưu tốc, trong trường hợp dòng chảy qua đập tràn tương đối thuận;
b = 40m : là chiều rộng tràn;
Eo » E = P + H = (195,70 - 190,00) + 5,89 = 11,50 (m).
b) Theo phương pháp của I.I. Agrôskin, trong tài liệu Sổ tay kỹ thuật thủy lợi tập I, Nhà xuất bản nông nghiệp -1979:
Dựa vào trị số f(rc), tra bảng được:
...
...
...
Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
Tính: hc = . Eo = 0,167 .11,50 = 1,92 (m);
hc = 1,92 m.
Lưu tốc tại mặt cắt co hẹp:
vc = = 13,02 (m/s)
A.3 Tính chiều sâu dòng đều trên thân dốc ho từ công thức:
Q = w.C. ;
Hay q = h0.C. ;
Với q = 25 m3/s-m;
w = b . ho = 10ho: là diện tích mặt cắt ướt tính cho một khoang;
...
...
...
Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
Ro = w / c
C = = Ry
n = 0,015, y lấy theo Bảng 1 hoặc công thức (3): i = 0,05
Kết quả tính được ho = 1,52m.
vo = = = 16,45 (m/s)
A.4 Tính chiều sâu cột nước phân giới trên thân dốc:
hk = - = 4,00 m;
A.5 Độ dốc phân giới
...
...
...
Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
Với i = 0,05 > ik = 0,003
Và ho = 1,40m < hk = 4,00m.
Ta có đường mặt nước trên thân dốc là đường nước đổ bH.
A.6 Kiểm tra khả năng xuất hiện hàm khí
Trước khi lập đường cong mặt nước trên thân dốc, cần kiểm tra khả năng xuất hiện hàm khí, ứng với điều kiện dòng đều h0 = 1,40 m.
Theo hệ thức (4):
Vhk = A
với cosq = cos(arctg0,05) = 0,999
Trị số A tính theo công thức (4a) hoặc theo Hình 4:
...
...
...
Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
trong đó:
g = 9,81 m/s2
Ro = = 1,17 (m)
n = 0,015
Vhk = 6,63 ... (1 + )-1 . = 19,92 (m/s)
v0 = 16,45 m/s < vhk = 19,92 m/s;
do đó, trên suốt thân dốc nước sẽ không xuất hiện sự hàm khí.
A.7 Tính toán đường mặt nước trên thân dốc:
Theo phương trình (2), ta tính toán đường mặt nước trên thân dốc. Kết quả ghi ở Bảng A.1.
...
...
...
Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
TT
h(m)
v(m/s)
= h.cosq + v2/2g
D
htb
Rtb
vtb
c=Ry
...
...
...
Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
io= ir
l =
(m)
(m)
(m/s)
1
1,92
13,02
...
...
...
Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
1,07
1,86
1,36
13,44
...
...
...
Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
0,027
0,023
46,50
46,50
2
...
...
...
Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
1,80
1,74
13,89
14,37
11,63
12,25
0,62
1,77
1,31
...
...
...
Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
69,42
0,032
0,018
35,50
81,00
Với chiều dài dốc nước là 70 m, theo kết quả tính toán ở Bảng A.1, nội suy được chiều sâu và vận tốc dòng chảy tại cuối dốc nước là h = 1,76m; v = 14,20m/s.
A.8 Tính các thông số dòng chảy trong phạm vi mũi phóng
Vận tốc và chiều sâu dòng chảy trong phạm vi mũi phóng (mặt cắt 1-1; 2-2; 3-3 trong Hình 5, Hình A.1) được xác định theo hướng dẫn của Điều 3.12.
- Giữa mặt cắt 1-1 và 2-2 có phương trình sau:
...
...
...
Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
trong đó:
y1 » 0 ; h1 = 1,76 m (chiều sâu nước ở cuối dốc):
cosq =0,999; v1=14,20 m/s; = 0,50 m;
Để xác định trị số (thành phần xét đến áp lực ly tâm) với b =36°; RH/h1 = = 5,68. Theo đồ thị Hình 6 tìm được v/u =1,20
tính theo hệ thức (8)
Tính h2 bằng phương pháp đúng dần, với vtb, Rtb, ctb, theo các công thức đã nêu và tính trị số trung bình htb =
Kết quả: h2 = 2,18m; v2 = 11,47m/s.
- Giữa mặt cắt 2-2 và 3-3 theo hệ thức (7):
...
...
...
Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
Với h2 = 2,18m; =3,12; = 6,70; y3 = 1,70m; cosaH = cos 33° = 0,837; = 5,60m;
Tương tự như trên ta tính được:
hH = h3 = 1,88m;
vH = v3 = = 13,30; m/s
- Góc ra của luồng chảy tính theo công thức (10):
a = aH - (b - ao)
với h1 = 1,76m; RH/h1 = = 5,68; và b = 36°, theo đồ thị Hình 7 tìm được = 0,91;
Vậy a0 = 0,91 . 36° = 32°45'.
A.9 Tính toán độ phóng xa của luồng chảy
...
...
...
Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
Với FrH = = = 9,59 < 30 ;
Theo Điều 4.1 lấy k = 1;
- Chênh lệch cột nước tính đến mũi phóng:
ZH = E + i. + y1 - y3
= 11,50 + 0,05 . 70 + 0 - 1,70 = 13,30 m.
Hệ số vận tốc:
Z1 = E + i. = 11,50 + 0,05 . 70 = 15,00 m.
- Độ chênh mực nước thượng hạ lưu:
...
...
...
Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
- Độ phóng xa của luồng chảy từ mũi phóng đến mực nước hạ lưu tính theo công thức (11):
L = 19,82m » 20,00 m.
A.10 Góc đổ của luồng chảy vào mức nước hạ lưu tính theo công thức (12):
Với a = 29°45’, g = 9,8m/s2, hH = 1,88m;
a = 188,20m - 180,00m = 8,20m;
vH = 13,30m/s, h = 185,00m - 180,00m = 5,00m;
tga1 = 0,958; a1 = 43°46'
...
...
...
Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
Để tính chiều sâu hố xói, cần kiểm tra điều kiện áp dụng công thức (14):
- Chiều sâu phân giới của dòng chảy hạ lưu:
hk = = = 4,00 (m) ;
- Độ chênh cao của mực nước lớn nhất so với đáy lòng dẫn hạ lưu:
T = 201,50 - 180,00 = 21,50 (m);
- Đường kính tương đương của phân khối đá nền:
1/6. .d3 = . c = 0,6 . 0,52 . 0,6 = 0,1872.
d = = 0,71 (m)
vì = = 5,375, nằm trong khoảng từ 5 đến 30, Điều 5.2;
...
...
...
Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
Fr = = 9,59, nhỏ hơn 200, Điều 5.2;
Tất cả thỏa mãn các điều kiện nêu trong Điều 5.2, nên chiều sâu hố xói tính theo công thức:
t = (0,1 + 0,45. ). .. 1,88 = 8,5 (m);
- Chiều sâu của hố xói so với đáy lòng dẫn hạ lưu, theo công thức (17):
hx = t - h + c = 8,50 - 5,00 + 0,6 = 4,10 (m);
- Chiều dọc của hố xói (phễu xói) bx đo ở mức đáy lòng dẫn hạ lưu với y = 0, (công thức 18):
bx = 2,5 . hK + 3,7 . hx = 2,50 . 4,00 + 3,7 . 4,10 = 25,17 (m);
- Khoảng cách từ mũi phóng đến chỗ xói sâu nhất (công thức 13):
L1 = L + = 20 + = 28,87 (m) » 29 m.
...
...
...
Mọi chi tiết xin liên hệ: ĐT: (028) 3930 3279 DĐ: 0906 22 99 66
MỤC LỤC
Lời nói đầu
1. Phạm vi áp dụng
2. Ký hiệu
3. Tính toán thủy lực công trình xả hở
4. Độ phóng xa của luồng chảy
4.1. Độ phóng xa của luồng chảy khỏi mũi phóng hình trụ
4.2. Góc đổ của luồng chảy vào mặt nước hạ lưu
5. Tính toán xói lòng dẫn bằng đá
Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 8420:2010 về Công trình thủy lợi - Tính toán thủy lực công trình xả kiểu hở và xói lòng dẫn bằng đá đo dòng phun
Số hiệu: | TCVN8420:2010 |
---|---|
Loại văn bản: | Tiêu chuẩn Việt Nam |
Nơi ban hành: | *** |
Người ký: | *** |
Ngày ban hành: | 01/01/2010 |
Ngày hiệu lực: | Đã biết |
Tình trạng: | Đã biết |
Văn bản đang xem
Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 8420:2010 về Công trình thủy lợi - Tính toán thủy lực công trình xả kiểu hở và xói lòng dẫn bằng đá đo dòng phun
Chưa có Video