CHƯƠNG 1 TONG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG NƯỚC NHAY Ở HẠ LƯU CÔNG TRÌNH 1-1. Nước nhảy ở hạ lưu công trình thio nước êu dốc nước “Công trình thấy gi có tính chất đặc biệt và cần thiết trong việc điều tết đồng chay để phát huy lợi ich phục vụ cơn người. Một trong những hạng mục quan trọng của cụm công trình thủy lợi là công tinh tiêu năng nhằm tiêu hao năng lượng thừa của dng chảy từ thượng lưu đổ về. Một trong số các biện pháp tiêu hao năng lượng thừa này là sử dụng hình thức nối tiếp bằng nước nhảy sau công trình tháo nước kiểu đốc nước.
"Đường tri thio nước kiễu dốc nước bao gồm một đập trân định rộng hoặc thực dung, đoạn đốc nước và bể tiêu năng ở cuối dốc. Sơ đỏ dòng chảy được mô tả sơ lược như trên hình 1. “Ẩố Hea fn 1.1 Sơ đồ bé tiêu năng sau đốc nước. Như vậy, việc tính toán chế độ thủy lực liên quan đến tiêu năng bằng hình thức nước nhấy sau đốc nước cần được quan tâm.
Nước nhày có thé nằm hoàn toàn trên thân d nước, nằm hoàn toàn ở bé tiêu năng hoặc nằm giữa dốc nước và bổ tiêu năng, không giống như hiện trong nỗi tiếp sau dp trần thực dụng Dưới đây sẽ tổng hợp một số phương pháp và kết quả nghiên cứu vỀ nước nhảy từ trước cđến thời điểm hiện tại. Có hai dạng lòng dẫn cần lưu ý, đó là nước nhảy trong lòng lãng trụ và nước nhảy trong lòng dẫn phi ling trụ.2 Mật số phương pháp và kết quả nghiên cứu "Đã có rit nhiều công tinh nghiên cứu trên thể giới và Việt Nam v hiện tượng nước nhảy như hiện tượng nước nhảy không ngập không ấp, nước nhảy trong khu vực chảy ‘qué độ từ không dp sang có áp, nước nhày trên kênh đáy nhám,. Ngoài ra còn rất nhiều các kết quả nghiên cứu của nhiều nhà thấy lực khác mã bản luận án này không th trí: dẫn hết được. Dưới đây sẽ tổng hợp một số phương pháp và kết quả nghiên cứu về nước nhảy từ trước.
cđến thời diễm hiện tại 1.1 Bài toán phẳng.1 Phương pháp kết hợp giữa phương trình động lượng của dòng chảy một chiều và thực nghiệm = Trong lòng dẫn ling trụ đầy bằng + Chiều sâu sau nước nhảy h, Phương tình tính chiều sâu sau nước nhày tìm được nhờ sử dụng phương trình biến thiên động lượng hay là định luật Jean-Baptiste Le Rond DAlembert (1752) [1] (DAlambert) của đồng chảy một chiều ổn định viết theo chiều đồng chảy với một số giả thiết nhất định. Dẫn đầu các nhà nghiên cứu về nước nhảy phải nói đến tác giả Bélanger (1828) [2] 2.0 an gi trong đó: Q-— lưu lượng dang chấy, gia the tong trường: A: độ sâu trọng tâm mặt cắt wé S: din tich mgt edt ust; @,: hệ số sửa chữa động lượng Khi lòng n số mặt cất ngang là hình chữ nhật, phương nh (1,1) cổ nghiệm là 42) d3) hẹ chigu sâu đồng chảy phân giới: ae: hệ số sửa chữa động năng: q lưu lượng đơn vị: bis chiều sâu đồng chay ti mat ct tse nước ny: hạ: chiều sâu dòng chảy tại mat cắt sau nước nhảy; = h : chiều sâu tương đối của dong chảy cuối nước nhảy trong lòng dẫn lang trụ đáy bằng; Fes số Froude ti mặt cất rước nước iy. Ngoài ra nước nhảy được nghiên cứu rt chi tết trong phòng thí nghiệm. Các tải liệu thí nghiệm nói chung phù hợp với công thức Bélanger [2] do 46 công thức của ông được.
xuất hiện trong haw hết các tà liệu thủy lực viết về nước nhảy như “Hydraulies of Open Channels” [3], “Open channel hydraulics” [4], “Disiparea energiei si disipatori de energie [5], “Thay lực công tỉnh” [6], "Nỗi tiếp và iu năng ở hạ lưu công tin thio nước” [7]. Tuy nhiên thí nghiệm trong điều kiện Fri? <3 , với Fri? là số Froude (1862) I8] tại mặt cắt trước nước nhảy, lại cho kết quả nằm ngoài đường cong biểu diễn của. sông thúc Belanger, lúc này theo M. BTrée - To - U- Xếp (1963) 9] nước nhảy có dang sóng Bên cạnh dé cần phải đề cập đến những công trình nghiên cứu của các tc giả khác như: Lưu Như Phú, Nguyễn Văn Toàn (2013) đã nghiên cứu trường hợp nước nhảy tự do xảy, ra trong đường him lãng trụ, độ đốc nhỏ, bề rộng lòng dẫn 2R, chiều sâu dòng chảy tại mặt cắt ban đầu trước nước nhảy nhỏ hơn R, chiều sâu dòng chảy ti mặt cắt sau nước nhâylớn hơn R, tiết điện ngang mặt cắt gồm hai phần (phần dưới tiết diện chữ nhật có, bề rộng 2R, chiều cao R; phần trên tết điện nữa trồn bán kính R) [I0].
Tác giả đã thụ nhận được phương tình đưới dạng không thử nguyên thể hiện mối quan hệ giữa A, (4 ì sah này cũ: í nhiễm mô sai số nhỏ hơn 1,6%, Đồng thờ tác giả cũng đưa ra được điều kiện để xay ra hiện tượng nước nhảy tự do trong trường hợp lòng dẫn đưa ra Nguyễn Dinh Bảo (2013) khi inh toán nước nhảy đấy hoàn chỉnh tác giả đã đưa vào thành phần lực ma sắt diy của kích thước bổ tiêu năng phụ [11], Các bước tết lập phương trình tương tự như Bélanger nhưng có thêm thành phần phan lực Rs. Thành phần phân lực này được tính toán dựa vào công thức kinh nghiệm thu được trên mô hình thí nghiệm đặc chủng và hàng loạt các mô hình riêng của tác giả. + Chiều dai nước nhảy Í, “Chiều đài nước nhảy là một đại lượng quan trọng. Tuy nhiên đến nay việc xác định chính.
xắc chiều đài nước nhảy còn hết sức khó khăn do cách xác định vi trí của chiều sâu sau nước nhảy hạ rit khác nhau. Do đồ các công thức tinh toán chi đài nước nhảy thường, được xác định bằng thực ng! là chủ yếu, cụ thể như: a dài nước nhảy tương đối phụ thuộc vào chié sâu tương đối tại mặt cắt sau nước nhày: ~ Kumin ~ Smetana (1934) [12] =6ly, =1) a4) ~ Pavlovski (1937) [13]: 250.A Shaomian và nhiều người khác [15]: Fal an ` ` Y, + k a) lạ:. Chiều dai nước nhảy trong lòng dẫn lãng trụ mặt cắt chữ nhật đáy bằng; “Chiều di nước nhảy tương đối phụ thuộc vào số Froude của đồng chảy tại mặt cắt trước nước nhảy: ~_M.Đ Tréc - Tô - U- Xốp (1963) [9] 103/2 —D" as) ~ Picalov (1964) [16]: Aye 2F as) Ngoài một số công thức thực nghiệm tinh chiều dai nước nhảy còn có công thức lý: thuyết của M. Mikhaliev (1971) [17 mí L+2Fi” +r,)0|1+2Pt) =D 2n,-1) (110) (tare yi2ry c5 ‘Theo công thức nay thì chiều dài nước nhảy tương đối phụ thuộc vio số Froude của Ang chảy tại mặt eft tước nước nhảy và chiều sâu tương; i mặt cắt sau nước nhảy “Các công thức thực nghiệm và lý thuyết trên chỉ áp dụng cho điều kiện 10.
Còn với sự biển đổi của số En rộng hơn từ 3 đến 400 có công thức kiến nghị của tác giả Aivadian (1984) [18] l any “Trong công thức này chiều dài nước nhảy tương đối phụ thuộc vào số Froude của đồng chảy tại mặtcắt trước nước nhảy và chigu sâu tương đối tại mặt cắt sau nước nhảy. “Trong tt cả các kết quả nghiên cứu chiều di nước nhảy trên đây đều xét đến yêu tổ ảnh hưởng của các đại lượng như chiều sâu đồng chảy trước nước nhảy ñ, và chu siu su nước nhảy h,, giá trị Fr’, nhưng chưa xét đến hệ số hình dạng của mặt cắt trước nước. sno đãi a nhây &= `, với bị là bE rộng của mắt cắt ngang lòng dẫn tai mật cắt trước nước nhảy ‘Bing thời với mỗi một công thức tinh chiều dai tương đổi của nước nhảy + khác nhau sẽ dẫn đến kết quả tính toán khác nhau, điều này được thể hiện ở ví dụ tính toán trong.16 thể nhận thấy sự sai khác giữa các kết quả tỉnh toán tang theo dao động từ 31% đến 44%, 10 Bảng 1.1 Quan hệ giữa Fri? với £ trong lòng dẫn lãng tru day bằng “Thứ tự. 1 2 3 4 bị 6 7 8 9 Fri? 20 2 30 35 40 45 50 35 60 i" ss | 659 | 726 188 | 846 | 9.25 42,68 | 4500 4721 “rế -T6- Trip J2A23|3HG6 38693748 3931/4823 4439 4643 483% Safranets | 26,30 | 29,65 | 32,68.
3547 | 38,06 | 40,50 | 42,81 | 45,00 |azao tum |Pictov | 2561 | 2857 | 31.94 ++ Phân bổ vận tbe diém trong khu vực nước nhây: ‘Van đề phân bố vận tốc điểm có ý nghĩa trong nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn. tài liệu thí nghiệm, M. T Ivankov [6] đã đưa ra biểu thức xác định vận tốc điểm lớn nhất theo chiều dong chây tp tại vị trí x bất kỳ, trong khu vực nước nhảy trên long dẫn lãng trụ đấy bằng ~_ Trong lòng dẫn ling trụ đầy đốc: in inh 1.2 Sơ 43 nước nhấy trong lông dẫn lăng tr, đây dốc [14] Trong hình vẽ trên 4°: Chênh lệch chiềusâugiữa mặthoáng trước va sau nước nhày theo phương thẳng đứng: hà": Chiểu sâu dong chảy trước nước nhảy theo phương vuông góc với lòng dẫn tại mặt cất trước nước nhảy; hy’: Chiều sâu dong chảy trước nước nhảy theo phương vuông góc với lòng dẫn tại mặt cắt sau nước nhảy: Vir Van tốc trng binh ding chảy tai mặt cắt trước nước nhày: Vz: Vận tốc trungbù dng chy ti mặt cất su nước ni bị - Chiều di nước nhảy: Ø: Góc của lòng dẫn tạo với phương nằm ngang; “rên kênh có độ đốc lớn, ảnh hưởng của trọng lực không thể bỏ qua. Vi hình dang mặt thoảng trong khu vực nước nhảy khó xác định chính xác, nên các tác giả đã có.
những gi hit khác nhau kh tính trọng lượng của khối nước trong khu vực nước nhảy B, A. Bakhmeteff (1932) [3] đã đưa ra công thức thực nghiệm với trường hợp lòng dẫn số độ đắc ï<007 và 6.5< Fr? 40 q12) Bu sâu tương đối cuối nước nhảy; ko: Hệ số kinh nghiệm, &, = (Fr Ngoài ra Rajaratman [19] dựa theo tải liệu thí nghiệm cũng kiến nghị công thức riêng tính chiều su liên hiệp sau nước nhày phụ thuộc vào góc dốc của lòng dẫn và số Froude của dòng chảy tại mặt cắt trước nước nhảy. os ft +85136r, (113) ø V6i lòng dẫn có độ đốc nghịch, I. Snegirev (1960) [20] cũng tìm được các công thúc: tinh toán một số thông số của nước nhảy với điều kiện 7< 0.2 và 430, với he là chiều sâu dong chảy phân giới.
(, là chiều đãi nước nhảy theo phương ngang, ana-2) | 1„=10<20 | q19 Aya thy Ii trong đó av: chigu cao nước nhảy khi ¡ =0. Đối với trường hợp nước nhảy trong kênh chữ nhật có độ dốc đấy 1<1/3 có thể ding công thức kinh nghiệm của G. N Kôxiacôva (1975) [14] Cũ 158 3)t-tasijer+ tates) 15) Cai tgn công thức kinh nghiệm của G, N Kôgiacôva,G.