zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Năng lượng

Tìm hiểu một số giải pháp giảm năng lượng dòng chảy trong thân cống qua đường giao thông

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Báo xấu

12
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết "Tìm hiểu một số giải pháp giảm năng lượng dòng chảy trong thân cống qua đường giao thông" trình bày lý thuyết về tiêu năng và kết quả nghiên cứu mô hình vật lý cống có 2 độ dốc. Kết quả thí nghiệm cho thấy chiều dài đoạn cống thứ hai tối thiểu phải bằng chiều dài đoạn cống thứ nhất và có độ dốc nhỏ hơn độ dốc phân giới.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tìm hiểu một số giải pháp giảm năng lượng dòng chảy trong thân cống qua đường giao thông

Trường Đại học Giao thông vận tải https://www.utc.edu.vn/ ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- TÌM HIỂU MỘT SỐ GIẢI PHÁP GIẢM NĂNG LƯỢNG DÒNG CHẢY TRONG THÂN CỐNG QUA ĐƯỜNG GIAO THÔNG Giảng viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Đăng Phóng Sinh viên thực hiện: Hoàng Đình Trung; Lớp: Cầu đường bộ 2-K60 Vũ Văn Thưởng Lớp: Cầu đường bộ 2-K60 Hồ Bá Dũng Lớp: Cầu đường bộ 2-K60 Lê Đức Đạt Lớp: Cầu đường bộ 3-K60 Tóm tắt: Trong công tác thiết kế cống dốc trên đường giao thông ở khu vực đồi núi nước ta, nhiệm vụ tính toán thủy lực cống ngoài việc xác định khẩu độ cống để đảm bảo thoát hết lưu lượng thiết kế của cống, vấn đề thiết kế cống để đảm bảo triệt tiêu một phần năng lượng dòng chảy trong cống để làm giảm áp lực cho công trình tiêu năng ở hạ lưu cống cần được đặt ra. Trong bài báo này nhóm tác giả trình bày lý thuyết về tiêu năng và kết quả nghiên cứu mô hình vật lý cống có 2 độ dốc. Kết quả thí nghiệm cho thấy chiều dài đoạn cống thứ hai tối thiểu phải bằng chiều dài đoạn cống thứ nhất và có độ dốc nhỏ hơn độ dốc phân giới. Từ khóa: cống dốc, tiêu năng trong thân cống, cống có hai độ dốc. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Cống có độ dốc lớn trên đường giao thông thường được xây dựng ở khu vực trung du và miền núi có địa hình dốc, khi đó dòng chảy trong cống cũng là một dạng dòng chảy trên dốc nước. Năng lượng dòng chảy ở hạ lưu những cống này là rất lớn nên phải xây dựng các công trình tiêu năng để giảm nguy cơ gây xói cho hạ lưu. Vì vậy giải pháp tiêu năng ngay trong thân cống để giảm quy mô công trình tiêu năng ở hạ lưu cống đã được các nhà khoa học nghiên cứu từ nhiều năm trước đây. Nghiên cứu tiêu năng trong cống đã được thực hiện bởi nhiều tác giả trên thế giới. Mohanty và Peterson (1959, 1960), Morris (1968, 1969), James M.W và nnk, A.L.Simon và nnk, Rollin H.H. và nnk (2005). Nghiên cứu tiêu năng bằng cách bố trí cống có nhiều độ độ dốc các đoạn thượng lưu có độ dốc lớn, đoạn hạ lưu có độ dốc nhỏ cũng được đề cập trong nghiên cứu của Philip L.T. và Roger T.K. 2. MỘT SỐ MÔ HÌNH TIÊU NĂNG TRONG THÂN CỐNG 2.1. Thân cống bố trí dạng bậc nước Thân cống bố trí dạng bậc nước (Hình 1) nên dùng cống hộp để thuận tiện trong công tác thi công. Với địa hình có độ dốc không thay đổi nhiều có thể bố trí các đốt cống dạng bậc thang đều có một độ dốc có chiều dài và chiều cao mỗi bậc thay đổi trong một phạm vi lớn. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Kỷ yếu NCKHSV năm học 2021-2022 68
Trường Đại học Giao thông vận tải https://www.utc.edu.vn/ ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Hình 1. Thân cống bố trí dạng bậc nước Hình 2. Thân cống dạng máng nghiêng phẳng có 2 đoạn độ dốc thay đổi. 2.2. Thân cống dạng máng nghiêng phẳng có 2 đoạn độ dốc thay đổi Trong trường hợp độ dốc đặt cống lớn và có sự thay đổi nhiều có thể bố trí cống dạng máng nghiêng có độ dốc thay đổi phù hợp với độ dốc tự nhiên (Hình 2). Đoạn dốc thứ nhất là cống dốc (có độ dốc lớn hơn 5%), đoạn dốc 2 là đoạn cống có độ dốc thông thường (có độ dốc nhỏ hơn 5%). 2.3. Thân cống có bố trí thiết bị tiêu năng Hình 3 Thân cống có bố trí thiết bị Hình 4. Thay đổi độ nhám thân tiêu năng cống (tăng độ nhám thân cống ) Để khắc phục nhược điểm về khả năng tiêu hao năng lượng trong thân dốc của cống có hai độ dốc không lớn, đối với cống hộp ở đoạn cống thứ hai người ta thiết kế độ dốc bằng không và bổ sung một tường tiêu năng ở gần cửa ra (Hình 3). 2.4. Thay đổi độ nhám thân cống (tăng độ nhám thân cống ) Với các cống bố trí dạng máng nghiêng phẳng có độ dốc lớn, để giảm năng lượng dòng chảy trong cống có thể bố trí các mố nhám trong cống . Các mố nhám này có thể được thiết kế để làm giảm vận tốc trong cống, tạo ra hiện tượng nước nhảy ổn định trong cống (Hình 4). 3. TIÊU NĂNG TRONG THÂN CỐNG CÓ HAI ĐỘ DỐC (i1>i2) Các công trình giao thông ở vùng đồi núi nước ta, nếu xây dựng cống dốc chủ yếu áp dụng cống nghiêng phẳng có một hoặc hai độ dốc. Để giảm năng lượng dòng chảy ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Kỷ yếu NCKHSV năm học 2021-2022 69
Trường Đại học Giao thông vận tải https://www.utc.edu.vn/ ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- trong thân cống, thì giải pháp làm cống nghiêng phẳng có hai độ dốc được sử dụng nhiều hơn cả do có ưu điểm là thuận lợi trong công tác thiết kế và thi công. Đoạn dốc thứ nhất là cống dốc (i>5%), đoạn dốc 2 là đoạn cống có độ dốc thông thường (Hình 5). Trong đoạn cống 1 sẽ có dòng chảy xiết (b2) với độ sâu đầu đoạn dốc xấp xỉ độ sâu phân giới hk và độ sâu cuối đoạn tiến tới gần độ sâu chảy đều ho (ho < hk). Dòng chảy từ đoạn 1 nối với dòng chảy ở đoạn 2 sẽ có dạng đường nước dâng hoặc nước nhảy. a) Nối tiếp bằng nước nhảy xa b) Nối tiếp bằng dòng chảy thay đổi dần Hình 5. Các dạng nối tiếp giữa đoạn cống dốc và cống thoải E − E2 Hiệu quả tiêu năng của cống có hai độ dốc được xác định: E = 1 100% . E1 V1 − V2 Và độ giảm lưu tốc: V = 100% . V1 trong đó: E1, E2 - năng lượng đơn vị dòng chảy tương ứng ở cuối hai đoạn cống, E=h+V2/2g; h - chiều sâu trung bình dòng chảy ở cuối các đoạn dốc; V - lưu tốc trung bình; 4. NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH CỐNG CÓ HAI ĐỘ DỐC 4.1. Thiết lập mô hình thí nghiệm Cấu tạo hệ thống máng kính tuần hoàn có thể thay đổi độ dốc với sơ đồ như hình 3. Chiều dài máng 5m, chiều rộng 0,073m, chiều dài từ cửa cuối đến trục kích 3,3m. Thiết bị đo lưu lượng là ống Venturi gắn trên ống cấp nước. Đoạn cống thí nghiệm 1 có chiều dài 1m làm bằng tầm Mica được đặt trực tiếp trên máng kính, độ dốc đoạn cống 1 được tạo thành bằng cách kê cao đầu thượng lưu đoạn cống. Khe hở giữa tấm Mica, miếng kê và máng kính được bịt bằng đất lặn. Độ dốc đoạn cống 1 là i1=5%÷17%. Đoạn cống 2 là đáy máng kính, độ dốc đoạn cống 2 được thay đổi bằng cách tăng giảm chiều cao kích của máng thí nghiệm, thí nghiệm được thực hiện với độ dốc đoạn cống 2 là i2=0%÷2%. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Kỷ yếu NCKHSV năm học 2021-2022 70
Trường Đại học Giao thông vận tải https://www.utc.edu.vn/ ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Hình 6. Máng thí nghiệm 4.2. Trình tự thí nghiệm Trước khi tiến hành thí nghiệm cần lắp đặt mô hình thí nghiệm gồm gắn đoạn cống 1 lên đáy máng kính, tạo độ dốc cần thiết cho mô hình và đảm bảo không có rò rỉ nước. Sau khi lắp đặt xong mô hình tiến hành bật máy bơm để tạo ra dòng chảy, sau khoảng 5 phút dòng chảy đạt ổn định. Tiến hành kiểm tra lưu lượng ở lưu lượng kế gắn trên ống đẩy, quan sát dòng chảy trong máng kính và đo chiều sâu dòng chảy tại các vị trí khác nhau trên hai đoạn cống. 4.3. Kết quả thí nghiệm Quan sát dòng chảy trong máng thí nghiệm cho thấy phía thượng lưu đoạn cống 1 hình thành đường mặt nước gần như nằm ngang, vào đến đoạn cống dốc hình thành đường nước hạ b2 (chảy xiết), đến cuối đoạn cống dốc 1 dòng chảy đi vào đoạn dốc 2 (i2
Trường Đại học Giao thông vận tải https://www.utc.edu.vn/ ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ĐMN i1 = 11,2%; i2 = 0% 16 Cao độ (cm) 12 Đáy kênh MN 08 04 00 0 50 100 150 Khoảng 200 cách (cm) 250 300 350 400 450 Hình 7. Đường mặt nước trong cống có 2 độ dốc i2 = 0% Độ giảm i2 lưu tốc trung i2bình = 0,5% = 1% Độ giảm i2năng i2 = 0% lượng trung = 0,5% bình i2 = 1% 45 40 V (%) E (%) 25 20 0 5 0,5 1 1,5 L2/L1 2 2,5 3 0,5 1 1,5 L /L 2 2,5 3 2 1 Hình 8. Mối quan hệ giữa độ giảm lưu tốc và năng lượng với tỷ lệ chiều dài các đoạn đoạn cống Bảng 1. Kết quả thí nghiệm Độ sâu TB h(cm) Lưu tốc TB V(m/s) i2(%) L2/L1 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 =0,5 0,0 2,01 2,30 2,48 2,82 2,99 3,84 1,17 1,01 0,94 0,84 0,80 0,62 0,5 1,91 2,16 2,28 2,42 2,54 2,81 1,21 1,08 1,02 0,96 0,92 0,82 1,0 1,84 2,11 2,18 2,23 2,33 2,52 1,26 1,10 1,06 1,04 1,00 0,92 1,5 1,82 2,05 2,08 2,11 2,21 2,32 1,28 1,14 1,12 1,10 1,04 1,00 2,0 1,73 1,96 1,99 2,00 2,14 2,23 1,34 1,19 1,16 1,16 1,08 1,03 TB 1,86 2,12 2,20 2,32 2,44 2,74 1,25 1,10 1,06 1,02 0,97 0,88 5. KẾT LUẬN Giải pháp thiết kế cống có 2 độ dốc để giảm năng lượng dòng chảy được áp dụng tương đối phổ biến ở khu vực địa hình vùng đồi núi nước ta do có ưu điểm là thuận lợi trong công tác thiết kế và thi công. Hiệu quả tiêu năng của cống có hai độ dốc phụ thuộc nhiều vào chiều dài của đoạn cống sau (đoạn cống thoải) do tổn thất năng lượng chủ yếu là tổn thất dọc đường. Do vậy ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Kỷ yếu NCKHSV năm học 2021-2022 72
Trường Đại học Giao thông vận tải https://www.utc.edu.vn/ ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- khi áp dụng giải pháp cống có 2 độ dốc cần thiết kế đoạn cống 2 có chiều dài dài tối thiểu bằng chiều dài đoạn cống 1. Đồng thời để hiệu quả tiêu năng lớn thì độ dốc đoạn cống 2 nên thiết kế nhỏ hơn độ dốc phân giới. Bảng 2. Kết quả tính độ giảm lưu tốc và năng lượng dòng chảy trung bình Độ giảm lưu tốc V (%) Độ giảm năng lượng E (%) i2 (%) L2/L1 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 =0,5 0,0 13,85 25,06 30,60 37,96 41,51 54,19 18,83 31,52 36,56 40,77 42,77 45,96 0,5 9,07 19,70 23,87 28,40 31,48 38,19 13,23 25,96 30,49 34,48 37,14 42,10 1,0 4,79 17,05 19,73 21,65 24,83 30,60 7,06 22,59 25,72 27,83 31,05 36,14 1,5 7,06 17,61 18,97 20,14 23,87 27,07 10,46 23,89 25,69 27,10 31,19 34,31 2,0 5,42 16,26 17,60 18,07 23,39 26,62 8,38 22,96 24,68 25,16 31,35 34,69 TB 8,04 19,14 22,15 25,24 29,01 35,33 11,59 25,38 28,63 31,07 34,70 38,64 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Peterson,D.F. and P.K.Mohanty, Flume Studies of Flow in Steep Rough Channels, ASCE Hydraulics Journal, HY-9, 1960, https://scholarworks.umass.edu/fishpassage_journal_articles/1443/. [2]. Morris,H.M, Design of Roughness Elements for Energy Dissipation in Highway Drainage Chutes, HRR #261, pp.25-37, TRB, Washington, D.C , 1969, https://www.semanticscholar.org/paper/Design-of-Roughness-Elements-for-Energy- Dissipation-Morris/09bcbb81cf677ec2d5f6b6c82629e69c5d89c795. [3]. Philip L.T. và Roger T.K., Hydraulic Design of Energy Dissipators for Culverts and Channels – HEC–14, Federal Highway Administration National Highway Institute, 2006, https://www.fhwa.dot.gov/engineering/hydraulics/pubs/06086/hec14.pdf. [4]. James M.W. et al., Roughness elements as energy dissipators of free-surface flow in circular pipes, Sponsored by Committee on Surface Drainage of Highways, 1971, http://onlinepubs.trb.org/Onlinepubs/hrr/1971/373/373-006.pdf. [5]. Simon A.L. et al., Internal Energy Dissipators for Culverts on Steep Slopes with Inlet Control, Transportation Research Record 1151, http://onlinepubs.trb.org/Onlinepubs/trr/1987/1151/1151-003.pdf. [6]. Nguyễn Đăng Phóng và Hoàng Thị Minh Hải, Nghiên cứu biện pháp tiêu năng dòng chảy trong thân cống dốc trên đường giao thông – biện pháp bố trí mố nhám gia cường trong thân cống, Tạp chí KH GTVT – số 73.3, (04/2022). https://doi.org/10.47869/tcsj.73.2.4 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Kỷ yếu NCKHSV năm học 2021-2022 73

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2418 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.