Xác định ảnh hưởng của độ ngập, co hẹp bên tới khả năng tháo qua tràn piano bằng nghiên cứu thực nghiệm

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ<br /> <br /> XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ NGẬP, CO HẸP BÊN TỚI KHẢ NĂNG<br /> THÁO QUA TRÀN PIANO BẰNG NGHIÊN CỨU THỰC NGIỆM<br /> <br /> PG S.TS. Lê Văn Nghị , ThS. Đoàn Thị Minh Yến<br /> Phòng Thí nghiệm trọng điểm Quốc Gia về Động lực học sông biển<br /> <br /> Tóm tắt: Tràn Piano (PKW) ngày càng được quan tâm, nghiên cứu, ứng dụng trên thế giới và ở<br /> Việt nam. Các đặc trưng thủy động lực học của loại tràn này như khả năng tháo, mức độ sinh<br /> chân không sau tràn, phân vùng làm việc (ngập, không ngập)... còn nhiều điểm chưa được rõ<br /> ràng, vẫn đang là m ối quan tâm của các nhà khoa học và chuyên gia tư vấn. Bài báo trình bày<br /> kết quả nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định phạm vi xuất hiện và ảnh hưởng của chế độ chảy<br /> ngập, co hẹp bên gây ra bởi các trụ pin tới khả năng tháo qua tràn Piano loại A, nguyên m ẫu là<br /> tràn Piano - tràn xả lũ Ngàn Trươi (PA3) tỉnh Hà Tĩnh.<br /> Từ khóa: Tràn Piano, khả năng tháo<br /> Summary: Piano Key Weir is more interests, studied, applied on the world and in Viet nam. Its<br /> hydraulic performances as discharge capacity, flow condition has non-aerated, work range<br /> (subm erged, free flow)… has problem s weren’t clearly, still being interesting of the scientists<br /> and consultants. The acticle presents the results of empirical research to specify appear range<br /> and influence on submerged conditions, influence of the transverse shrinking that was caused by<br /> the walls to discharge capacity on PKW configuration A, prototype was Piano Key Weir - Ngan<br /> Truoi (PA3) spillway, Ha Tinh province.<br /> Key words: Piano Key Weir, discharge capacity<br /> <br /> I. MỞ ĐẦU* nghiệm nhằm xác định phạm vi, mức độ ảnh<br /> hưởng của độ ngập và co hẹp bên tới khả năng<br /> Tràn Piano (PKW) ngày càng được quan tâm,<br /> nghiên cứu, ứng dụng trên thế giới và ở Việt tháo của tràn piano loại A, với nguyên m ẫulà tràn<br /> Nam. Với cùng bề rộng tràn và cột nước làm Piano - tràn xả lũ Ngàn trươi PA3, tỉnh Hà Tĩnh.<br /> việc, tràn Piano có khả năng tháo lớn hơn II. MÔ H ÌNH NGH IÊN C ỨU, THIẾT BỊ<br /> nhiều so với tràn thực dụng (từ 1,5 đến 5 lần), THÍ NG HIỆM<br /> là giải pháp nâng cao khả năng xả cho các<br /> 2.1 Mô hình thí nghiệm<br /> công trình tràn xả lũ của hồ chứa, dập dâng<br /> trên sông. Mô hình nghiên cứu được thiết kế trên nguyên<br /> m ẫu là tràn Piano Ngàn Trươi PA3, m ô phỏng<br /> Tuy nhiên đến nay chưa có tiêu chuẩn thiết kế<br /> m ặt cắt 2 khoang tràn piano rộng 30,4m. Mỗi<br /> chung cho tràn này về mặt thủy lực, trong đó<br /> khoang gồm 3 phím tràn có tổng chiều rộng<br /> có vấn đề tính toán khả năng tháo. Các nghiên<br /> tràn nước theo phương ngang là 13,8m và 2<br /> cứu về ảnh hưởng của độ ngập và mức độ co<br /> hẹp bên do trụ pin cũng ít được đề cập. nửa trụ pin dày 0,7m đỡ cầu công tác. Ngưỡng<br /> tràn bằng m ực nước dâng bình thường ở cao<br /> Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu bằng thực trình 52,0m. Tràn được thiết kế theo loại A<br /> với hệ số lưu lượng khoảng m =4,0. Các phím<br /> Người phản biện: PGS.TS Trần Q uốc Thưởng tràn được thiết kế dài 9,5m , phím hướng nước<br /> Ngày nhận bài: 05/9/2013 vào rộng 2,6m và phím hướng nước ra rộng<br /> Ngày t hông qua phản biện: 20/6/2014<br /> Ngày đuyệt đăng: 13/10/2014 2,0m . Tràn cao P=2,5m [5] . (1.1.1. Hình 1,<br /> <br /> 8 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 23 - 2014<br />  KHOA HỌC CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 1.1.1. Hình 2). 1,0m , có tỷ lệ hình học l=1/30,4, tương tự<br /> theo tiêu chuẩn trọng lực (Froude=idem ), số<br /> Đảm bảo tương tự về nhám , sử dụng kính hữu<br /> Reynolds (Re) đạt Rem =47754>Regh=5000 thỏa<br /> cơ để mô phỏng các kết cấu phím tràn, trụ pin<br /> m ãn điều kiện dòng chảy làm việc trong khu<br /> đảm bảo hệ số nhám nm =0,007÷0,009.<br /> tự động mô hình [4].<br /> Mô hình được xây dựng trên m áng kính rộng<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Cắt dọc tràn Piano – loại A Mặt bằng 2 khoang tràn Piano<br /> Hình 1 Kết cấu tràn Piano thí nghiệm trên mô hình m ặt cắt<br /> <br /> Kết cấu ngưỡng dâng cuối sân hạ lưu<br /> <br /> <br /> Trụ pin tràn<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Ô nước vào Ô nước ra<br /> <br /> Hình 2 Tràn Piano thí nghiệm trên mô hình mặt cắt<br /> <br /> <br /> 2.2 C ác thiết bị đo đạc được xác định bằng máng lường hình chữ nhật<br /> có lắp đập tràn thành mỏng và tính toán bằng<br /> Thông số mực nước xác định bằng kim đo mực<br /> công thức Rebock, sai số nhỏ hơn 1%.<br /> nước cố định đọc chính xác tới 0,1m m và máy<br /> thuỷ bình Ni04 sai số không vượt quá 0,5m m. 2.3 Thông số đầu vào và giới hạn của thí nghiệm<br /> Xác định giá trị lưu tốc trung bình thời gian Trong nghiên cứu này xác định hệ số ngập và<br /> bằng đầu đo điện tử PEMS, E40 do Hà Lan chế hệ số co hẹp bên của tràn piano với giá trị cột<br /> tạo; dải đo từ 0,05m/s đến 5,0m/s, sai số của nước trên ngưỡng tràn trong khoảng H =<br /> thiết bị đo là 1%. Lưu lượng tháo vào m ô hình<br /> <br /> TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 23 - 2014 10<br />  KHOA HỌC CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 4,0m ÷ 1,5m tương đương tỷ lệ H/P = 1,62 tràn, chiều sâu dòng chảy ở hạ lưu khi tràn ở<br /> ÷ 0,68, gồm 6 trường hợp cụ thể H = 4,00; các chế độ chảy khác nhau: n=qngập/qtự do;<br /> 3,50; 3,00; 2,62; 2,30 và 1,7m tương đương =qco hẹp/q không co hẹp;<br /> với m ức độ ngập hn/H