Bài giảng Công trình thủy nâng cao - Chương 7: Đường ống áp lực -Nước va trong đường ống

Nội dung text: Bài giảng Công trình thủy nâng cao - Chương 7: Đường ống áp lực -Nước va trong đường ống

1. 10/25/2010 TR ƯNGCƠNG ðI H TRÌNHC BÁCH TH YKHOA NÂNG TP. CAO HCM TR ƯNGCƠNG ðI H TRÌNHC BÁCH TH YKHOA NÂNG TP. CAO HCM Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – BM. KTTNN Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – BM. KTTNN NI DUNG MƠN H C Ch ươ ng 1: Th m qua cơng trình. Ch ươ ng 2: Áp lc khe rng. Ch ươ ng 3: ðp vt li u đa ph ươ ng. Ch ươ ng 3a: Mơ ph ng Monte Carlo áp dng trong đánh giá n đnh PGS. TS. NGUY N TH NG mái dc. Email: nguyenthong@hcmut.edu.vn or nthong56@yahoo.fr Ch ươ ng 4: ðp bê tơng tr ng lc Web : Ch ươ ng 4a: ðp bê tơng đm lăng (RCC) 10/25/2010 1 10/25/2010 2 Tél. (08) 38 640 979 - 098 99 66 719 PGS. Dr. Nguy?n Th?ng TR ƯNGCƠNG ðI H TRÌNHC BÁCH TH Y KHOA NÂNG TP.CAO HCM CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – BM. KTTNN NI DUNG MƠN H C ðƯNG ÁP L C & Ch ươ ng 4b: Bài tốn to nhi t 3D. HI N T ƯNG N ƯC VA Ch ươ ng 5: Phân tích ng su t trong đp bê tơng khi xy ra đng đt. 1. Tng quát. Ch ươ ng 6: ðưng hm th y cơng - 2. Hi n tưng nưc va trong Gi ng điu áp. đưng ng áp lc. Ch ươ ng 7: ðưng ng áp lc – Nưc va trong đưng ng. 3. Cơng trình gi m áp lc nưc va. 10/25/2010 3 10/25/2010 4 PGS. Dr. Nguy?n Th?ng PGS. TS. Nguy n Th ng CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va TNG QUÁT PHÂN LO I ðưng ng áp lc là cơng trình ni gi a cu i đưng dn nưc đn nhà máy. Theo v trí xây dng: ðưng ng ch u áp lc nưc bên trong
   ðưng ng áp lc ki u h đưng ng. - CTLN
   Kênh dn  B áp lc 
   ðưng ng áp lc ki u ðưng ng  Nha má y. ng m - CTLN
   ðưng hm cĩ áp  Gi ng điu áp (tháp điu áp)  ðưng ng  Nha
   ðưng ng áp lc ki u hn 10/25/2010má y. 5 10/25/2010hp (h +ng m) 6 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng 1
2. 10/25/2010 CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va GI NG i=0,0061 ðIU ÁP D=3,5m, L=9065m NHÀ VAN NHÀ MTð ðưng ng áp lc NM L = 1866m OAL KÊNH X Dng chính = 2,6m Dng nhánh = 1,6m 32 10/25/2010 7 10/25/2010 ðƯNG NG ÁP L C N A NG 8 M PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va ðƯNG NG ÁP L C ðp tràn H ðưng ng áp lc 10/25/2010 9 10/25/2010 10 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng THU NĂNG & THU ðIN CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNGCh. 8 : ðưTRÌNHng ng ápTH lc & hiY nNÂNG tưng nư cCAO va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va THI CƠNG THI CƠNG ðƯNG NG ðƯNG NG ÁP L C ÁP L C 10/25/2010 11 10/25/2010 12 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng 2
3. 10/25/2010 CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va ðƯNG THI CƠNG NG BÊ ðƯNG NG TƠNG NG M ÁP L C e=12mm BC 35mm THÉP 10/25/2010 13 10/25/2010 14 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va CH ð THU LC KHƠNG N ðNH
   DỊNG CH Y QUÁ ð Xy ra khi  ðĩng (m ) van trên đưng ng vơi tơ c đ ðưng nhanh  thay đi nhanh ng chĩng vn tc ( lưu lưng) trong ng. 10/25/2010 15 10/25/2010 16 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Gi I THÍCH HI N T ƯNG Trong tr ưng hp đ ĩ  mi đon M dịng ch y (vi phân) trong ng ch u van s thay đi áp su t và vn tc khác ðĩng nhau theo tng th i đim  hi n van tưng truy n sĩng áp lc  đưc gi là « NƯƠC VA ».  Xem đ th minh ho sau: 10/25/2010 17 10/25/2010 S TRUY N SĨNG ÁP L C 18 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng 3
4. 10/25/2010 CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va NƯC VA TRONG ðƯNG NG TUY T ðI C NG HA THI T L P PH ƯƠ NG TRÌNH B CH A B ðưng ng NƯC VA HA (ng tuy t đi cng, NƯ C A khơng NÉ N đư c) Mt chu n α o G o A Kênh sau NM H : ct áp tnh (mH 2O) HA: gia s áp su t ti A sinh ra do nưc va dươ ng 10/25/2010 19 10/25/2010 20 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va ρ α Ph ươ ng trình chuy n đng theo ph ươ ng X (lưu ý gLFsin : hình chi u lên ph ươ ng X. chi u dươ ng ch n): Gi thi t khơng cĩ ma sát gi a ch t lng và d(mV ) thành ng. x = (1) A B ∑ Fx = + α dt H H Lsin m= ρ FL : kh i lưng nưc trong đon AB. Thay vào p/t trên và thu gn: F: ti t di n ng dV  L dV L dQ −ρLF = ρ gF ∆ H A ∆HA =− =− ∑Fx : tng ngo i lc theo ph ươ ng X (tr c ng). dt g dt gF dt dV (1)  −ρLF = ρ gFH()A +∆−− H A H B Lsin α Vi V=Q/F và dQ bi n đi lưu lưng trong dt th i đon dt. Thay đi áp su t ti A 10/25/2010 21 10/25/2010 22 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng do nưc va gây ra CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va L dV L dQ - Gia s áp lc do nưc va ti A t l tuy n ∆HA =− =− gdt gFdt tính vi (dQ/dt). dQ CHÚ Ý: Trong tr ưng hp = const dt - Nu dQ/dt 0  nưc va dươ ng ∆H A = d c - Nu dQ/dt > 0  m van gF Ts  HA < 0  nưc va âm  Gia s áp lc do nưc va ti A t l tuy n Qd: lưu lưng tr ưc khi đĩng van; tính vi chi u dài L t B đn A. Qc: l/l sau khi đĩng van T : th i gian đĩng van t Q  Q  L=0  H=0 (ti B). s d c 10/25/2010 23 10/25/2010 24 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng 4
5. 10/25/2010 CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va NƯC VA ðƯNG NG C NG TUY T ðI
   Nu đĩng (m ) van tc thì (dQ/dt >>> D THAY ðI 1)
   ∆ A → ∞ HA H !!! (1) (2) Réservoir B H H Tr ưng hp k đn s đĩng khơng « HA L3,F 3 L1,F 1 tuy n tính »: L Q − Q L ,F A ∆H A = k d c 2 2 Mt chu n α gF Ts o o V
   i k = 1,25  1,5 xem nh ư h an tồn. HA: ct nưc tnh Kênh sau NM HA: gia s áp lc nưc va ti A 10/25/2010 25 10/25/2010 26 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Gi thi t D m i đon khơng đi: Bài tp: Mt đưng ng áp lc cĩ D=2,25m, Q − Q L Gia s áp lc cho đon 1: ∆H )1( = d c . 1 chi u dài L=1000m, d n l ưu lưng 3 gT s F1 Q=30m /s. Th i gian đĩng van là 10s Gia s áp lc cho đon 2: (tuy n tính k=1). L Q −Q Q −Q L L ∆H )2( =∆H )1( + 2 d c = d c ( 1 + 2 ) 1. Tính gia s áp lc ln nh t do nưc va. gF 2 Ts gT s F1 F2 2. Tươ ng t nu D=2.5m. So sánh vi kt Gia s áp lc cho đon 3: qu câu 1, nh n xét. Q − Q L L L ∆H )3( = d c ( 1 + 2 + 3 ) gT s F1 F2 F3 10/25/2010 27 10/25/2010 28 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Bài gi i: Bài tp: L y s li u bài tr ưc. ðưng ng 1. D=2.25m bây gi gm 2 đon: L 1=400m, D 1=2.25m; Q− Q − L2=600m, D 2=2.0m. ∆=A Ld c = 1000*4 300 = Hkmzx 12 76.91m gF Ts 9.81*3.14159*2.25 10 Tính gia s áp lc do nưc va trong 2 đon ng. 2. D=2.5m Q− Q − ∆=A Ld c = 1000*4 300 = Hmzx k 12 62.3m gF Ts 9.81*3.14159*2.5 10 Nh n xét: V
   gi m
   Giá tr nưc va gi m 10/25/2010 29 10/25/2010 30 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng 5
6. 10/25/2010 CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Bài gi i: ðon 1: NƯC VA TRONG ðƯNG NG ðÀN H I & L Q − Q 4*400 30 − 0 NƯC NÉN ðƯC - ð ĨNG (M ) VAN ∆H )1( = 1 d c = = 30 .76m π 2 gF 1 Ts 9.81* *2.25 10 TC THÌ ðon 2: Xé t tr ương hp nươc l à NÉ N L Q −Q 4*600 30 −0 ∆H )2( = ∆H )1( + 2 d c =30 .76+ =89 .16m π 2 đư c ( ρρρ thay đi theo áp su t). gF 2 Ts 9.81* *2 10 Bài tp: L y s li u bài tr ưc, đưng ng  Tiê t di n ωωω đư ng ng thay đi gm 2 đon: L 1=500m, D 1=3.5m; L 2=250m, theo áp su t bên trong. 3 D2=3.0m. Lưu lưng 40m /s. Tính gia s áp lc do nưc va trong mi đon. 10/25/2010 31 10/25/2010 32 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Trong th c t  đưng ng Kh o sát đon cu i đưng ng: - Cĩ 1 van A (ch n làm gc to đ). bng thép ho c bê tơng ct - ðu vào đưng ng gi thi t là h ch a. - V vn tc trung bình trong ng. thép  bi n dng khi áp 0 su t thay đi (m c dù rt - Th c hi n đĩng van tc thì (T=0). t=dt n m bé) l a t=0 V0 A  ðưng ng đàn hi. p0 V =0 0 p0+p n m 10/25/2010 33 10/25/2010 a 34 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Gi i thích hi n tưng : ∆l ∆p = ρ V Sau t (s), ch cĩ đon ch t lng gi i hn T đ ĩ:∆t 0 (1) bi (a-a);(m-m)  là dng  Gia tăng áp Bưc th i gian k, đon ch t lng gi i hn su t p. bi (m-m) và (n-n) s dng  hi n tưng ti p di n  s truy n sĩng áp lc vi tc Trong khi đĩ nưc bên trái (m-m) vn ch y đ a: “bình th ưng”. ∆l a = lim Ph ươ ng trình chuy n đng kh i ch t lng ∆t → 0 gi i hn bi (a-a) và (m-m) theo tr c ng: Do đĩ (1)  ∆p = ρ aV (2) (ρω ∆l)(0 − V ) 0 ω− +∆ ω = 0 p0( p 0 p ) 10/25/2010 ∆t
   350 10/25/2010 36 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng 6
7. 10/25/2010 CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Trong tr ưng hp van đĩng 1 ph n: Kh i lưng nưc trong đon a-a;m-m gia tăng: ∆ =ρ − do đĩ a ∆m = (ρ + ∆ρ)(ω + ∆ω)∆l − ρω ∆l p aV(0 V c ) ∆H = (V − V) g 0 c Note: p= ρρρg H (N/m 2) ∆m = (ρ∆ω + ω∆ρ)∆l = (ρ∆ω + ω∆ρ)a∆t Tính a: Trong th i gian đ ĩ, kh i lưng nưc đi qua tit Khi nưc b nén: di n m-m: ρ→ ρ + ∆ ρ ∆ = ρω ∆ m0 V0 t Ti t di n ng gia tăng: ω→ ω + ∆ ω Lu t b o tồn kh i lưng: ∆ = ∆ m0 m 10/25/2010 37 10/25/2010 38 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va (ρ∆ω + ω∆ρ)a∆t = ρω V ∆t Ta cĩ: 0 Chú ý là kh i lưng nưc khơng T đ ĩ: đi (dù cĩ b nén) : ∆p ∆p ρV ∆ρ ρ = =0 = a a = Wc te a ∆ω ∆ ω ρ∆ ω ∆+ρρ ∆+ ρρ 1+ ω ω ∆ρ ω Vi phân toa n phâ n: dW dρ ρdW+ Wd ρ = 0 ⇒ = − ∆ = ρ W ρ Note: ðã s dng kt qu tr ưc: p aV 0 10/25/2010 39 10/25/2010 40 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Quy lut th tí ch châ t l ng thay đi Dù ng đnh lut Hooke: theo áp su t: σ dp dW dp L.  dW = −W ⇒ = − dl = K W K E 1 K = : h s đàn hi nưc. ∆ω β Tí nh: ∆p K ⇒ = ω 10/25/2010 ∆ρ ρ 41 10/25/2010 42 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng 7
8. 10/25/2010 CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Lực kéo T sinh ra do áp suất p trên chu vi hình Xét ng trịn: ω= π r 2 ∆ω ∆ r tròn b/kính r: dF Ta cĩ: ∆ω =2 π r ∆ r  = 2 ω r (dF vi phân lực tác dụng lên ∆r vi phân chu vi dl) T Vir bi n dng tươ ng đi ca bán kính r = α ααα dưi tác dng ca gia áp su t ∆ p . dF x pdl .cos p Lu t Hooke: ∆ ∆ ∆  ∆ω ∆ = α α r= rp = dp = d p pr cos d. r eE2 eE ω eE π 2/ T Vi e chi u dày thành, E h s đàn hi ng = = α α = d đưng kính ng. 2T ∫ dF x pr ∫ cos d. 2pr 10/25/2010 43 10/25/2010 44 PGS. Dr. Nguy n Th ng −π 2/ PGS. TS. Nguy n Th ng CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Thay kt qu này vào ph ươ ng trình xác đnh a: Thay và o trên ta co : a a = 0 K a (m/s)  Tơ c đ ρ d  đưng kính trong K d a = 1+ . K d e chi u dày thành ng truy n so ng áp lc. 1+ * thép E e E e Chú ý : Tí nh gia tr nươc va trong đư ng ng đàn h i: Note : n u ng KHƠNG đàn hi ( E = ∞ ) Ta cĩ: K a = K module đàn hi nưc a 0 ρ ∆ = − H (V0 Vc ) ðây là vn tc truy n ca sĩng âm trong nưc. g 10/25/2010 45 10/25/2010 46 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Vi K ca nưc nhi t đ bình th ưng: Vi đưng ng bê tơng ct thép: K= 2.03*109 N / m 2 K Ta cĩ: a =1425 m/s. ρ 0 a = Mt s vt li u ng ph bi n: K d 1+ . E 1(e + 5.9 α) Vt li u St Gang Gang đúc li Chì f α = ⇒ tâm e h s ct thép vịng. f di n tích ct E/K 100 37 41 9 thép trên 1m chu vi ng. Thơng th ưng ααα =0.015  0.05 10/25/2010 47 10/25/2010 48 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng 8
9. 10/25/2010 CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va 3 H S ð ÀN H I Bài tp: Lưu lưng 25m /s ch y trong đưng ng cĩ đưng kính 2,5m, dài 1km. Vt li u E(kG/cm 2) Vt li u E(kG/cm 2) 1. Gi thi t ng tuy t đi cng, tính giá tr Thép 2.1E+06 Cao su 20-60 nưc va max t i cu i ng khi đĩng van Gang 1.0E+06 Nưc 2.1E+04 trong 10’’ (nươc khơng né n đư c). Bêtơng 2.1E+05 Du 1.35E+04 2. Gi thi t ng đàn hi bng thép dày 32mm. G 1.0E+05 Nươc l à né n đư c. H s đàn hi nưc K=2.10 9 N/m 2. Tính nưc va cu i ng khi đĩng van tc th i. 10/25/2010 49 10/25/2010 50 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va 3. Lâ y gia tr nươc va câu 2. Kh PH ƯƠ NG TRÌ NH N Ư C VA năng ch u lc thép là σ=75kN/cm 2. TNG QU ÁT Ly h s an tồn 2. L y chi u dày ðư ng ng đàn h i. d phịng 2mm.  Nươc né n đư c. Tính lc dc chu vi ng sinh ra do  Van đong dâ n dâ n. gia sơ áp lc nư c va  kh năng  Mt năng đư ng dà i (ma s át ch u lc ng? gi ưa d ịng ch y v à đư ng d n).  Mt năng c c b . 10/25/2010 51 10/25/2010 52 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va SƠ ð TÍ NH Áp dng ph ươ ng trình lc kh i nưc trong (1-1) và (2-2) theo ph ươ ng X: A d(mV) X H x = F H ∑ x (1) B 2 1 dt H m= ρρρFdx, F : ngo i lc x ∂V dx 1 HA dV= dt ∂ 2 t 1 A Lc tác dng lên kh i nưc: α ∂h o Mt chu n o −ρgF dx ∂x HA: ct áp tnh Kênh sau NM Lc bn thân ph ươ ng X: HA: gia s áp lc ti A do nưc va 10/25/2010 53 10/25/2010 −ρgFdx sin α 54 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng 9
10. 10/25/2010 CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Thay vào p/trình (1): T đ ĩ:∂V ∂ H (2) = g ∂V ∂h ∂ ∂ − ρFdx dt = −ρgF ( dx + dx .sinα ) t x ∂t ∂x ∆ =a − = dx Kt qu tr ưc: H (V0 V) c a ∂V ∂(h + z + xsin α) g dt − ρFdx dt = −ρgF 0 dx ∂t ∂x ∂H Xét s thay đi áp su t trong dt: ∆H = dt ∂t z0 : cao đ van so mt chu n. ∂V z : cao đ mt c t kh o sát so mt chu n. S thay đi vn tc: ∆V = − dx ααα ∂x h+z10/25/20100+xsin =H 55 10/25/2010 56 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Thay tt c vào: LI Gi I (2) VÀ (3) ∂H a ∂ V ∂ ∂ ∂2 ∂ dt= .dx H= a V dx H a V 1. PH ƯƠ NG PHÁP ðƯNG ðC TR ƯNG : ∂ ∂ . = . t g x ∂t g ∂ x dt ∂t g ∂ x Vi V=V(x,t) và H=H(x,t) ta cĩ: dV∂ Vdx ∂ V dH∂ Hdx ∂ H ∂V g ∂ H (3) = + = + = . dt∂ xdt ∂ t và ∂ ∂ ∂x a2 ∂ t dt xdt t H p/t (2) và (3) tr thành: H ph ươ ng trình (2) và (3) bi u di n hi n tưng truy n sĩng nưc va trong ng đàn hi vi 2 n dV∂ V dx ∂ H − = g s là H và V. (2)  ∂ ∂ (4) 10/25/2010 57 10/25/2010 dt xdt t 58 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va T (3)  ∂V g dH ∂ Hdx  (5) = −  (7)  Cho phép xác đnh các đưng đc ∂x a2  dt ∂ xdt  tr ưng. H (4) & (5) cho: T X=-at+k 2 dV 1dx  2  ∂ H gdxdH =g1 −  + 2  ∂ 2 (6) dt a dt   xadtdt t+2 θθθ X=at+k 1 Ph ươ ng pháp đưng đc tr ưng bi n (6) t+ θθθ thành p/t bc 1 bng cách xem t/hp: t 2 0 X 1dx  dx ABL (7) 1− = 0⇒ = ± a H ðƯNG ðC TR ƯNG 10/25/2010 2   59 10/25/2010 60 PGS. TS. Nguy n Th ng a dt  dt PGS. TS. Nguy n Th ng 10
11. 10/25/2010 CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Trên đưng đc tr ưng, p/trình (6) tr thành: Tích phân p/t (7) dc theo đưng x =-at+k 1 trong θθθ (7) g/h n t ti B t+ ti A: a a BAa BA (9) dH= dV = dQ HH−+θ =−() QQ − + θ g gF ttgF tt Tươ ng t cho tt c các th i đon kháct+θθθ t+2 θθθ; θθθ θθθ Tích phân p/t trên theo đưng x =at+k 1 vi t+2  t+3 ; ta cĩ: θ gi i hn t t i A t+ θθ ti B:  a AB− =() AB − (8)  HHnθ (n1)+ θ QQ n θ (n1) + θ AB− =a AB −  gF HH+θ() QQ + θ  ttgF tt  BA− =−a BA − HHnθ (n1)+ θ() QQ n θ (n1) + θ 10/25/2010 61 10/25/2010  gF 62 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Dùng các đ /ki n biên và ban đu, ta cĩ th Ví d: Dng tng quát giá tr nưc va ti A. gi i h p/trình đ xác đnh giá tr nưc va ti A. 900 800 Cột nước cuối ống áp Exemple : Gi thi t h ch a ln (mc nưc 700 lực có kể nước va B 600 khơng đi khi cĩ nưc va) Ht =H 0= hng s ti B. Gi thi t l ưu lưng qua A bi t (m) H 500 400 Hmax (m) theo th i gian. Giá tr nưc va t i A 300 th ưng cĩ dng tng quát sau: 200 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 T (s) Tf 10/25/2010 63 10/25/2010 64 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðư ng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va THI T L P PH ƯƠ NG TRÌNH NƯC VA TNG QU ÁT 10/25/2010 65 10/25/2010 66 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng 11
12. 10/25/2010 CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va 2. PH ƯƠ NG PHÁP S (TNG QUÁT): Ta cĩ th s dng ph ươ ng pháp sai phân hu hn đ gi i h ph ươ ng trình đo hàm riêng bc cao phi tuy n bi u th hi n tưng bưc va: Ph ươ ng trình chuy n đng: ∂V 1 ∂p fV V (10) + + g sin α + = 0 ∂t ρ ∂x 2D 10/25/2010 67 10/25/2010 68 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ph ươ ng trình liên tc: H ph ươ ng trình (10) và (11) cho phép xác ∂p ∂V (11) + ρa 2 = 0 đnh 2 n s V và p theo th i gian. ∂ ∂ t x K / ρ a 2 = t, x bi n đc lp. K D V vn tc trung bình. 1+ E e p áp su t t i tâm mt c t. D đưng kính ng. 10/25/2010 69 10/25/2010 70 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ví d: ðưng ng dài 1850m, đưng kính 800 thay đi t 2,5m 3,0m. Chi u dày Cu i ng 40mm 20mm. Lưu lưng max 39m 3/s, cĩ 700 2 tuabin. Ma sat gi a nưc và thành cĩ 600 T O) 2 f=0,025. Th i gian đĩng van 8’’. 500 t p (mH p Li gi i bng ph ươ ng pháp sai phân tham 400 kh o nh ư sau: 300 200 Gi a ng 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 T (s) NƯC VA D ƯƠ NG 10/25/2010 71 10/25/2010 72 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng 12
13. 10/25/2010 CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðư ng ng áp lc & hi n tưng nưc va 600 Cu i ng D ÁN 500 O) 2 400 TH ƯNG Gi a ng p (mH 300 KONTUM 200 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 T (s) NƯC VA ÂM 10/25/2010 73 10/25/2010 74 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va 1000 mH O 1300 p(mH 2O) p( 2 ) 1200 950 1100 900 1000 900 850 800 800 700 750 T (s) NƯC VA ÂM 600 NƯC VA D ƯƠ NG T (s) 700 0 10 20 30 40 50 60 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 10/25/2010 75 10/25/2010 76 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðư ng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va TÍNH TO ÁN ðnh ngh ĩa: • T t : nưc va gián ti p. NƯC VA f T th i gian đĩng (m ) van (4’’-12’’). t =2L/a: th i gian truy n sĩng nưc va trên THEO QUY PH M f THEO QUY PH M đon đưng 2L. VI T NAM L: chi u dài ng áp lc. 10/25/2010 77 10/25/2010 78 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng 13
14. 10/25/2010 CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va V : v n t c TB dịng ch y tr c khi a: vn tc truy n sĩng 1425 0 ư a = đĩng van. K d 1+ * Vc: vn tc TB dịng ch y sau khi đĩng NƯC VA TR C TI P E e van Giá tr nưc va max: HV: áp lc max (mH 2O) do nưc va + ∆= − = − ct áp t nh. H Hv H 0 a(V 0c V)/g H0: ct áp tnh. ∆ − ðnh ngh ĩa h s: ζ =H = a(V0 V) c 10/25/2010 H gH 79 10/25/2010 80 PGS. TS. Nguy n Th ng 0 0 PGS. TS. Nguy n Th ng CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va NƯC VA D ƯƠ NG GIÁN TI P Gi h s Allievi: ρ = aV 2gH Gi t th i đim nưc va dươ ng 0 max xy ra: at Gi h s liên quan đĩng van : θ =  Nu t t : nưc va pha cu i. ð t: ∆ ρ  f ς = H σ = H 0 θ 10/25/2010 81 10/25/2010 82 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Cĩ 2 tr ưng hp: - T/h 2 : ρρρ > 1  nưc va gián ti p pha cu i. ρ * N u ζ>=50% theo Allievi: - T/h 1 : ρρ =50% theo Calame-Gaden: Theo Calame-Gaden: 1+σ ( θ − 1) ς=1.1 σ  HH * Nu ζ<50% theo Sparre: σ V ς = 2 10/25/2010 83 10/25/2010 84 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng 2 −σ 14
15. 10/25/2010 CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va NƯC VA ÂM 2σ Chú ý • Nưc va âm cc ti u pha đu (t tf): gia tăng áp su t do nưc σ− σ + σ 2 + ς = ( 4) va: 2 • Tính gn đúng khi ζ 1  nưc va gián ti p pha đu) Giá tr nưc va ln nh t cu i ng: ∆ = ς = = H H0 0.28*294 82 3. m 10/25/2010 87 10/25/2010 88 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Bài tp: ðưng ng áp lc dài 1000m, ct Bài tp: Gi ng câu hi bài tp nưc tnh H =200m. Vn tc trung bình 0 tr ưc vi H =600m, L=1500m, trong ng 5,5m/s. Gi thi t a=1200m/s, 0 th i gian đĩng van 8’’. V=6m/s, a=1000m/s & t=8’’. a. Nưc va gián ti p hay tr c ti p? b. Tính giá tr nưc va theo Quy ph m VN. c. ðưng ng cĩ d=2m, [σ] =20kN/cm 2. Tính chi u dày thành ng (b). (Xem ơn sau, tính lc dc CV ng trịn cĩ 10/25/2010áp su t đu p tác dng) 89 10/25/2010 90 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng 15
16. 10/25/2010 CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO CƠNG TRÌNH TH Y NÂNG CAO Ch. 7: ðưng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ch. 7: ðư ng ng áp lc & hi n tưng nưc va Ơn: Xác đnh lc dc T theo chu vi ng trịn bán kính R khi ch u áp su t p phân b đu bên trong: A HT T=f(p,R) A p R 10/25/2010 91 10/25/2010 92 PGS. TS. Nguy n Th ng PGS. TS. Nguy n Th ng 16