Nghiên Cứu Khả Năng Tháo Nước Qua Tràn Piano Khi Xét Đến Ảnh Hưởng Của Mực Nước Hạ Lưu

• Tác giả: Đoàn Thị Minh Yến
• Người hướng dẫn: GS. Trần Đình Hợi
• Trường học: Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy
• Đề tài: Nghiên cứu khả năng tháo nước qua tràn piano dưới ảnh hưởng mực nước hạ lưu
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• CÁC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT DÙNG TRONG LUẬN ÁN
• MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết
• 1.2. Mục đích nghiên cứu
• 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Nội dung nghiên cứu
• 1.5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1.7. Các đóng góp mới của luận án
• 1.8. Bố cục của luận án
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRÀN PIANO
• 1.1. GIỚI THIỆU VỀ TRÀN PIANO
• 1.1.1. Sự ra đời và phát triển
• 1.1.2. Phân loại tràn
• 1.1.3. Thành tựu ứng dụng
• 1.1.4. Quá trình hoàn thiện cấu tạo tràn piano
• 1.2. CÁC ĐẶC TRƯNG ẢNH HƯỞNG TỚI KHẢ NĂNG THÁO QUA TRÀN PIANO
• 1.2.1. Dòng chảy ép sát qua tràn
• 1.2.2. Tràn chảy tự do – đơn vị tràn tiêu chuẩn
• 1.2.3. Tràn chảy ngập
• 1.3. CÁC CÔNG THỨC TÍNH KHẢ NĂNG THÁO QUA TRÀN PIANO
• 1.3.1. Dạng công thức
• 1.3.2. Đối tượng nghiên cứu trong xác định hệ số tháo của tràn piano, Cd
• 1.4. Công thức xác định khả năng tháo qua tràn piano
• 1.4.1. Tràn chảy tự do
• 1.4.2. Tràn chảy ngập
• 1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG THÁO QUA TRÀN PIANO
• 2.1. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG THÁO QUA TRÀN
• 2.1.1. Đặc điểm dòng chảy qua tràn piano
• 2.1.2. Dạng công thức xác định khả năng tháo qua tràn piano
• 2.1.2.1. Tràn piano làm việc như đập tràn thành mỏng
• 2.1.2.2. Tràn piano làm việc như đập tràn thực dụng
• 2.1.3. Phương pháp xác định hệ số tháo trong luận án
• 2.2. LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH
• 2.2.1. Lý thuyết tương tự để thiết lập mô hình nghiên cứu
• 2.2.2. Tiêu chuẩn tương tự
• 2.2.3. Lý thuyết thứ nguyên, định lý hàm Pi
• 2.2.4. Quy hoạch thực nghiệm
• 2.2.4.1. Cơ sở khoa học xây dựng công thức thực nghiệm
• 2.2.4.2. Đánh giá và kiểm định sự phù hợp của công thức thực nghiệm
• 2.3. LẬP PHƯƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
• 2.4. MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU
• 2.4.1. Mô hình vật lý
• 2.4.1.1. Thiết kế, xây dựng mô hình
• 2.4.1.2. Thiết bị đo đạc
• 2.4.1.3. Sai số mô hình
• 2.4.1.4. Điều kiện áp dụng trong thực tế
• 2.4.1.5. Các trường hợp thí nghiệm
• 2.4.1.6. Đánh giá sự phù hợp của số liệu thực nghiệm
• 2.4.2. Mô hình toán
• 2.4.2.1. Phạm vi mô phỏng, lưới tính toán
• 2.4.2.2. Kiểm nghiệm, hiệu chỉnh mô hình
• 2.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
• 3. CHƯƠNG 3: ĐẶC TRƯNG KHẢ NĂNG THÁO QUA TRÀN PIANO
• 3.1. ĐẶC TRƯNG THỦY ĐỘNG HỌC, SỰ CHUYỂN ĐỔI CÁC TRẠNG THÁI VÀ NỐI TIẾP DÒNG CHẢY QUA TRÀN PIANO
• 3.1.1. Dòng chảy trên phím nước vào
• 3.1.2. Dòng chảy trên phím nước ra
• 3.1.3. Nối tiếp dòng chảy ở hạ lưu
• 3.1.4. Ảnh hưởng của xoáy cuộn hạ lưu tới khả năng tháo qua tràn piano
• 3.2. RANH GIỚI CÁC TRẠNG THÁI CHẢY QUA TRÀN PIANO
• 3.2.1. Ranh giới “chảy đầy phím ra”
• 3.2.2. Ranh giới chảy ngập
• 3.2.3. Ranh giới ảnh hưởng bởi đáy kênh hạ lưu
• 3.2.4. Phân tích ảnh hưởng của trạng thái chảy tới khả năng tháo qua tràn
• 3.3. XÂY DỰNG CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG THÁO QUA TRÀN PIANO
• 3.3.1. Điều kiện, các trường hợp xây dựng công thức
• 3.3.2. Công thức xác định khả năng tháo khi tràn chảy tự do
• 3.3.2.1. Khi khả năng tháo không ảnh hưởng bởi đáy kênh hạ lưu
• 3.3.2.2. Khi khả năng tháo có ảnh hưởng bởi đáy kênh hạ lưu
• 3.3.3. Công thức xác định khả năng tháo khi tràn chảy ngập
• 3.3.4. Đánh giá sự phù hợp của công thức thực nghiệm
• 3.3.4.1. Trường hợp chảy tự do
• 3.3.4.2. Trường hợp chảy ngập
• 3.3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
• 4. CHƯƠNG 4: LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC HỢP LÝ, TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG THÁO CHO CÔNG TRÌNH THỰC TẾ KIỂU PHÍM PIANO
• 4.2. CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN TRÀN PIANO HỢP LÝ
• 4.2.1. Lựa chọn hình thức tràn piano
• 4.2.2. Lựa chọn thông số cấu tạo tràn piano
• 4.2.3. Tính toán xác định khả năng tháo qua tràn piano
• 4.2.3.1. Trường hợp chảy tự do
• 4.2.3.2. Trường hợp chảy ngập
• 4.3. ỨNG DỤNG CHO CÔNG TRÌNH THỰC TẾ
• 4.3.1. Ứng dụng trong công trình cột nước thấp, đáy kênh hạ lưu hạ thấp
• 4.3.1.1. Giới thiệu và tính toán thông số công trình
• 4.3.1.2. Tính toán lưu lượng tháo qua tràn Xuân Minh
• 4.3.2. Ứng dụng cho công trình có đáy kênh hạ lưu bằng chân phím ra
• 4.3.2.1. Giới thiệu về công trình
• 4.3.2.2. Tính toán lưu lượng
• 4.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TỒN TẠI VÀ HẠN CHẾ
• HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• CÔNG THỨC XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG THÁO CỦA O. MACHIELS VÀ CS
• KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM KHẢ NĂNG THÁO TRÀN PIANO
• KHẢO SÁT CÁC DẠNG HÀM CỦA PHƯƠNG TRÌNH THỰC NGHIỆM
• KẾT QUẢ TÍNH TOÁN SAI SỐ CHI TIẾT

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Luận án tiến sĩ

Luận án tiến sĩ này tập trung vào nghiên cứu khả năng tháo nước qua tràn piano dưới ảnh hưởng của mực nước hạ lưu. Tràn piano, hay còn gọi là PKW (Piano Key Weir), là một công trình thủy lợi tiên tiến, có khả năng tăng lưu lượng tháo nước lên đến 4-5 lần so với các loại tràn truyền thống. Luận án được thực hiện bởi Đoàn Thị Minh Yến tại Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, dưới sự hướng dẫn của các chuyên gia hàng đầu trong lĩnh vực thủy lợi. Nghiên cứu này nhằm giải quyết các vấn đề phức tạp liên quan đến tháo nước qua tràn và ảnh hưởng của mực nước hạ lưu đến hiệu suất tháo nước của tràn piano.

1.1. Tính cấp thiết của nghiên cứu

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu, các hiện tượng thời tiết cực đoan như lũ lụt ngày càng gia tăng, đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc nâng cao khả năng tháo nước của các công trình thủy lợi. Tràn piano được xem là một giải pháp hiệu quả nhờ khả năng tháo nước vượt trội. Tuy nhiên, việc thiết kế và vận hành tràn piano vẫn còn nhiều thách thức, đặc biệt là khi mực nước hạ lưu thay đổi, ảnh hưởng đến hiệu suất tháo nước. Nghiên cứu này nhằm làm sáng tỏ các yếu tố ảnh hưởng và đề xuất các giải pháp tối ưu hóa hiệu suất tháo nước của tràn piano.

II. Cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu

Luận án sử dụng các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và mô hình hóa để phân tích khả năng tháo nước qua tràn piano. Các mô hình thủy lực được xây dựng để mô phỏng các điều kiện dòng chảy khác nhau, bao gồm cả trạng thái chảy tự do và chảy ngập. Nghiên cứu cũng áp dụng lý thuyết tương tự và định lý hàm Pi để thiết lập các mô hình toán học, từ đó xác định các công thức tính toán khả năng tháo nước qua tràn piano.

2.1. Phương pháp xác định khả năng tháo nước

Phương pháp nghiên cứu bao gồm việc thiết kế và xây dựng các mô hình vật lý, sử dụng các thiết bị đo đạc chuyên dụng để thu thập dữ liệu về dòng chảy qua tràn piano. Các thí nghiệm được thực hiện trong điều kiện mực nước hạ lưu thay đổi, nhằm đánh giá ảnh hưởng của yếu tố này đến khả năng tháo nước. Kết quả thí nghiệm được so sánh với các mô hình toán học để kiểm định độ chính xác của các công thức tính toán.

III. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng mực nước hạ lưu có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng tháo nước qua tràn piano. Khi mực nước hạ lưu tăng, hiệu suất tháo nước của tràn giảm do sự xuất hiện của hiện tượng chảy ngập. Nghiên cứu cũng đề xuất các công thức thực nghiệm để tính toán khả năng tháo nước trong các điều kiện khác nhau, giúp tối ưu hóa thiết kế và vận hành tràn piano trong thực tế.

3.1. Ứng dụng trong công trình thực tế

Các kết quả nghiên cứu đã được áp dụng trong việc thiết kế và nâng cấp các công trình thủy lợi tại Việt Nam, đặc biệt là các hồ chứa và đập thủy điện. Việc sử dụng tràn piano giúp tăng khả năng tháo lũ, đảm bảo an toàn cho các công trình và giảm thiểu nguy cơ ngập lụt ở hạ du. Nghiên cứu này cũng góp phần vào việc phát triển các tiêu chuẩn kỹ thuật mới trong lĩnh vực thủy lợi.

IV. Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo

Luận án đã làm sáng tỏ các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tháo nước qua tràn piano, đặc biệt là vai trò của mực nước hạ lưu. Các công thức thực nghiệm được đề xuất có giá trị ứng dụng cao trong việc thiết kế và vận hành các công trình thủy lợi. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều vấn đề cần được nghiên cứu sâu hơn, chẳng hạn như ảnh hưởng của các yếu tố địa hình và khí hậu đến hiệu suất tháo nước của tràn piano.

4.1. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Trong tương lai, nghiên cứu cần tập trung vào việc mở rộng phạm vi ứng dụng của tràn piano trong các điều kiện địa hình và khí hậu khác nhau. Đồng thời, cần phát triển các mô hình toán học tiên tiến hơn để dự đoán chính xác hơn khả năng tháo nước của tràn piano trong các tình huống phức tạp. Ngoài ra, việc nghiên cứu các giải pháp tiêu năng hạ lưu cũng là một hướng đi quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất của tràn piano.