Luận án Tiến sĩ: Công thức tính toán nước nhảy đáy kênh dốc thuận mở rộng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LÊ THỊ VIỆT HÀ NGHIÊN CỨU XÁC LẬP CÔNG THỨC TÍNH TOÁN MỘT SỐ THÔNG SỐ NƯỚC NHẢY ĐÁY TRÊN KÊNH DỐC THUẬN CÓ LÒNG DẪN MỞ RỘNG DẦN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LÊ THỊ VIỆT HÀ NGHIÊN CỨU XÁC LẬP CÔNG THỨC TÍNH TOÁN MỘT SỐ THÔNG SỐ NƯỚC NHẢY ĐÁY TRÊN KÊNH DỐC THUẬN CÓ LÒNG DẪN MỞ RỘNG DẦN Chuyên ngành: Cơ học chất lỏng Mã số: 62 – 44 - 22 - 01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. TS Hồ Việt Hùng 2. TS Hoàng Tư An HÀ NỘI, NĂM LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào.

Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận án Chữ ký Lê Thị Việt Hà i LỜI CÁM ƠN Luận án “Nghiên cứu xác lập công thức tính toán một số thông số nước nhảy đáy trên kênh dốc thuận có lòng dẫn mở rộng dần” đã được hoàn thành tại trường Đại học Thủy lợi với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo, các nhà khoa học; cùng sự giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi của các cơ quan, đơn vị, đồng nghiệp, gia đình, bạn bè. Tác giả vô cùng biết ơn tập thể thầy hướng dẫn là Giáo sư - Tiến sĩ Hoàng Tư An và Phó giáo sư - Tiến sĩ Hồ Việt Hùng đã tận tình giảng dạy và hướng dẫn tác giả trong quá trình học tập và hoàn thành luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Thủy lợi, Trường Đại học Giao thông Vận tải đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả.

Tác giả trân trọng cảm ơn các nhà khoa học và các đồng nghiệp đã giúp đỡ, đóng góp nhiều ý kiến sát thực để luận án này thành công. Tác giả bày tỏ lòng biết ơn của mình đối với gia đình, bạn bè đã động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận án. Với những kết quả đạt được của luận án, tác giả hy vọng những đóng góp của mình sẽ là cơ sở khoa học phục vụ cho nghiên cứu tính toán thủy lực trong thiết kế, xây dựng và quản lý vận hành công trình thủy lợi. Tính toán nước nhảy không ngập trong lòng dẫn phi lăng trụ mở rộng dần là vấn đề khá phức tạp.

Do đó kết quả nghiên cứu của luận án khó tránh khỏi hạn chế. Tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp quý báu của các nhà khoa học để tiếp tục nâng cao và hoàn thiện công trình nghiên cứu này. Xin chân thành cảm ơn! ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH.vi DANH MỤC BẢNG BIỂU.viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ. Tính cấp thiết của đề tài.

Mục tiêu nghiên cứu. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Cấu trúc của luận án.4 TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG NƯỚC NHẢY Ở HẠ LƯU CÔNG TRÌNH.1 Nước nhảy ở hạ lưu công trình tháo nước kiểu dốc nước.2 Một số phương pháp và kết quả nghiên cứu.1 Bài toán phẳng.2 Bài toán không gian hữu hạn.3 Một số kết quả nghiên cứu khác.4 Vấn đề đặt ra và hướng nghiên cứu.5 Kết luận chương 1.21 THIẾT LẬP CÔNG THỨC GIẢI TÍCH TÍNH ĐẶC TRƯNG CỦA NƯỚC NHẢY TRONG LÒNG DẪN MẶT CẮT NGANG HÌNH CHỮ NHẬT MỞ RỘNG DẦN, ĐÁY DỐC THUẬN VÀ ĐÁY BẰNG.1 Đặt vấn đề chương 2.3 Thiết lập các công thức.2 Sự thay đổi chiều sâu tương đối dòng chảy dọc theo chiều dài tương đối khu xoáy và chiều dài tương đối nước nhảy.3 Hình dạng mặt thoáng trung bình và chiều dài tương đối khu xoáy mặt trong lòng dẫn dốc.4 Quy luật thay đổi vận tốc điểm tương đối ở đáy và vận tốc điểm tương đối ở mặt trong khu xoáy của nước nhảy.5 Trường hợp riêng: lòng dẫn phi lăng trụ mở rộng dần đáy bằng.4 Kết luận chương 2.51 KIỂM ĐỊNH CÔNG THỨC LÝ THUYẾT MỚI.1 Đặt vấn đề chương 3.2 So sánh các công thức mới thiết lập với công thức đã có.1 Nước nhảy trong lòng dẫn đáy bằng phi lăng trụ mở rộng dần.2 Nước nhảy trong lòng dẫn lăng trụ đáy dốc.3 Mô hình vật lý thí nghiệm hiện tượng nước nhảy trong lòng dẫn phi lăng trụ mở rộng dần, đáy dốc thuận.1 Mô tả thí nghiệm.2 Kiểm định thiết bị đo đạc thí nghiệm.4 Kiểm định công thức lý thuyết mới.1 Kiểm chứng giả thiết phân bố vận tốc điểm.2 Kiểm chứng chiều sâu tương đối và chiều dài tương đối khu xoáy.3 Đường mặt nước trung bình trong khu xoáy.4 Kiểm chứng phân bố vận tốc điểm tương đối um un dọc theo chiều dài V1 ; V1 khu xoáy.5 Kết luận chương 3.79 PHÂN TÍCH CÔNG THỨC MỚI THIẾT LẬP VÀ MỞ RỘNG NGHIÊN CỨU MỚI.1 Phân tích kết quả tính toán.1 Mối quan hệ giữa chiều dài khu xoáy và chiều dài nước nhảy.2 Ảnh hưởng của độ dốc đáy, góc mở lòng dẫn, số Fr12 và hệ số hình dạng mặt cắt trước nước nhảy đến đặc trưng hình học của nước nhảy.2 Thiết lập công thức tính toán các đặc trưng của nước nhảy trong lòng dẫn mở rộng dần thay đổi độ dốc.1 Chiều sâu tương đối nước nhảy tại vị trí lòng dẫn có độ dốc thay đổi.2 Chiều sâu tương đối của nước nhảy tại vị trí cuối khu xoáy.3 Chiều sâu tương đối của dòng chảy cuối nước nhảy.4 Chiều dài tương đối khu xoáy, chiều dài tương đối nước nhảy.3 Mô hình vật lý thí nghiệm hiện tượng nước nhảy trong lòng dẫn phi lăng trụ mở rộng dần, đáy thay đổi độ dốc.4 Kết quả kiểm định công thức giải tích thông qua số liệu thí nghiệm trên mô hình vật lý.5 Kết luận chương 4.95 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. Kết quả đạt được của luận án. Những đóng góp mới của luận án.

Tồn tại và kiến nghị.97 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ.99 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 103 v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ bể tiêu năng sau dốc nước.2 Sơ đồ nước nhảy trong lòng dẫn lăng trụ, đáy dốc [14].3 Nước nhảy trong lòng dẫn lăng trụ, đáy dốc của GS. TS Hoàng Tư An [6].1 Sơ đồ dòng tia trong không gian bán giới hạn [41].2 Sơ đồ mặt bằng của dòng chảy.3 Sơ đồ bài toán nước nhảy trên lòng dẫn phi lăng trụ mở rộng dần đáy dốc.1 Quan hệ giữa  2 với Fr1 trong trường hợp tg 0,03; 0,04; i 0.2 Quan hệ  2 với Fr1 trong lòng dẫn lăng trụ i 0,15; 0,0434.56 2 với Fr1 trong lòng dẫn lăng trụ i  Hình 3.3 Quan hệ giữa  2 0,05; 0,037.4 Sơ đồ thí nghiệm trên mô hình vật lý mô phỏng nước nhảy.5 Sơ đồ bố trí mặt cắt, điểm đo chiều sâu, vận tốc điểm dòng chảy.6 Biểu u un z theo với i 0,156 , trường hợp 2.64 um un h đồ Hình 3.7 u un z theo với i 0,156 , trường hợp 3.64 um un h Biểu đồ Hình u un theo z với i 0,036 , trường hợp 1.65 um un h u un z 3.8 Biểu đồ theo với i 0,036 , trường hợp 4.67 um un h Hình 3.10 Biểu u un theo z đồ với i 0 , trường hợp 1.67 um un h u un z theo với i 0 , trường hợp 5.11 Biểu um un h đồ x x Hình 3.12 Quan hệ giữa và H Quan hệ giữa và h h1 ì h1 x Hình 3.13 Quan hệ giữa và n h h1 x h Hình 3.14 Quan hệ giữa và 3 h h1 x .15 Quan hệ giữa và 1 h h1 6 v 2 036.74 với với với với với Fr  33, Fr 1 24, 42; 0, 033; i 0, 0.17 Quan hệ giữa và với Fr 60,83; 0, 033; i 0, 0.1 Mối quan hệ lx giữa và x với độ dốc lòng dẫn, trường hợp i 0,13.2 Mối quan lx hệ và x với độ dốc lòng dẫn, trường hợp 0 i 0,13.3 Mối quan hệ lx giữa và x với góc mở lòng dẫn, trường hợp i 0,13.4 Mối quan lx hệ và x với góc mở lòng dẫn, trường hợp 0 i 0,13.5 Mối quan hệ lx giữa và với góc mở lòng dẫn, trường hợp i 0 .6 Mối quan hệ lx giữa và với Fr 2 , trường hợp i 0,13.7 Mối quan hệ giữa l và với x Fr 2 , trường hợp 0 i 0,13.8 Mối quan hệ giữa ' và với Fr , trường hợp i  0.9 Mối quan hệ giữa lx giữa và x với trường hợp i 0,13.10 Mối quan hệ giữa g l x giữa i ữ h1 ' a lx Hình 4.11 Mối quan hệ giữa i h1 ' với trường hợp 0 i 0,13.87 và x và với trường hợp i  0.12 Xói lở công trình do nước nhảy xuất hiện tại vị trí thay đổi độ dốc lòng dẫn .13 Sơ đồ nước nhảy trên lòng dẫn phi lăng trụ mở rộng dần có độ dốc đáy thay đổi.14 Mô hình thí nghiệm vật lý lòng dẫn có đáy thay đổi độ dốc.93 x DANH MỤC BẢNG BIỂU lo Bảng 1.1 Quan hệ giữa Fr12 với trong lòng dẫn lăng trụ đáy bằng.11 h1 2 2 với Fr1 trường hợp tg Bảng 3.1 Bảng quan hệ giữa  0,03; 0,04; i 0.2 Bảng quan hệ giữa  2 và Fr trong lòng dẫn lăng trụ đáy dốc.3 Quy luật phân u u n với i 0,156 , trường hợp 2.62 um un bố Bảng 3.4 Quy luật u un với i 0,156 , trường hợp 3.63 um un phân bố Bảng 3.5 Quy u un um un với i = 0,036, trường hợp 1.65 luật phân bố Bảng 3.6 u un um un với i = 0,036, trường hợp 4.66 Quy luật phân bố Bảng u un um un với i  0 , trường hợp 1.7 Quy luật phân bố um un với i  0 , trường hợp 5.8 Quy luật phân bố Bảng 3.9 Quan hệ giữa x ;lx / với số Fr trong lòng dẫn phi lăng trụ mở rộng dần 2 h1 1 i 0,156.10 Quan hệ giữa  ;l / với số Fr trong lòng dẫn phi lăng trụ mở rộng dần x x 2 h1 1 i0,036.11 Quan hệ giữa  ;l / với số Fr trong lòng dẫn phi lăng trụ mở rộng dần x x 2 h1 1 i0,0.12 Phân bố m Bả bố 3 hân bố m V1 ng um V1 .14 Phân bố Ph ản V1 ân g P x un và V1 x h1 ' 36 , trường hợp 5.78 theo v un và V1 x h1 ' ới với i  0 , trường hợp 1.