Đặc trưng hình dạng và nối tiếp của dòng chảy qua tràn piano

Tràn piano (PKW) là hình thức công trình tháo có đường tràn dạng zic zắc, tạo nên các ô đón nước và ô thoát nước tựa phím đàn piano. Dòng chảy trên các phím nước vào và phím nước ra có đặc điểm khác nhau phụ thuộc vào cột nước tràn, làm ảnh hưởng tới khả năng tháo cũng như nối tiếp hạ lưu. Bài báo này trình bày một số đặc trưng thủy động học dòng chảy qua tràn piano bằng nghiên cứu thí nghiệm mô hình vật lý, mô hình toán 3D. Xác định trạng thái chảy đầy/ không đầy phím ra với ranh giới H0/Wo=0,5, hình thức nối tiếp hạ lưu dọc theo phím vào là nối tiếp dòng phun, dọc theo phím ra là nối tiếp dòng đáy. Lưu lượng dòng đáy chiếm 80%÷90% tổng lượng dòng chảy qua tràn.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Tràn piano là hình thức công trình tháo ngày càng được nghiên cứu, ứng dụng trên thế giới và ở Việt nam. Với đường tràn hình zic zắc, đáy các phím có độ dốc, tường thượng lưu, hạ lưu tràn có mái nghiêng tạo nên các hốc phím, giúp thu nhỏ chân tràn còn 2/3 so chiều dài đỉnh, tràn piano không chỉ làm tăng khả năng tháo tới 5 lần so tràn truyền thống mà còn dễ dàng xây dựng trong điều kiện địa hình chật hẹp.

Đến nay đã có nhiều thành tựu đáng kể về xác định ảnh hưởng của các đặc trưng hình học tới khả năng tháo qua tràn piano như các nghiên cứu của F. Lempérière và cs (2003-2011), A.Noui & A.Ouamane (2011), G.M.Cicero & J.R.Delisle (2013), S. Erpicum và cs (2014). Từ các nghiên cứu đó cho thấy, tràn có khả năng tháo tối ưu và hài hòa về kinh tế khi mặt cắt hình dạng tràn có tỷ lệ kích thước hình học trong phạm vi (gọi là mặt cắt tiêu chuẩn): tỷ lệ chiều dài tràn/chiều rộng tràn từ 4 tới 6 (N=L/W=4÷6); tỷ lệ chiều rộng phím nước vào/phím nước ra từ 1,2 đến 1,5 (Wi/Wo=1,2÷1,5); tỷ lệ giữa chiều cao tràn và chiều rộng đơn vị phím P/Wu=0,5÷1,3; độ dốc đáy phím vào Si=0,4÷0,8.

Tuy nhiên hầu như chưa có nghiên cứu nào đề cập tới các vấn đề đặc trưng thủy động học của dòng chảy nội tại tràn cũng như xem xét chúng trên cơ sở khoa học để luận giải về ảnh hưởng tới khả năng tháo.

Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu xác định các đặc trưng thủy động lực dòng chảy qua tràn piano và nối tiếp hạ lưu từ kết quả thí nghiệm mô hình vật lý, mô hình toán 3D. Từ đó phân tích ảnh hư ởng của các đặc trưng này tới khả năng tháo qua tràn, là cơ sở để xây dựng công thức thực nghiệm xác định khả năng tháo trong các nghiên cứu tiếp theo.

2. PHẠM VI, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

2.2. Phương pháp nghiên cứu

2.3. Mô hình toán 3D

3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG THỦY ĐỘNG LỰC HỌC DÒNG CHẢY VÀ NỐI TIẾP HẠ LƯU QUA TRÀN PIANO

3.1. Dòng chảy trên phím nước vào

3.2. Dòng chảy trên phím nước ra - trạng thái “chảy không đầy/đầy phím”

3.3. Nối tiếp dòng chảy ở hạ lưu

4. KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

[1]. Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (2011), Tiêu chuẩn thiết kế tràn phím đàn Piano áp dụng cho công trình đập dâng Văn Phong.

[2]. Nguyễn Cảnh Cầm và nnk (2006), Giáo trình thủy lực, Nhà xuất bản Nông Nghiệp, Hà Nội

[3]. Lê Văn Nghị, Đoàn Thị Minh Yến (2014), “Xác định ảnh hưởng của độ ngập, co hẹp bên tới khả năng tháo của tràn Piano bằng nghiên cứu thực nghiệm”, Tạp chí Khoa học và công nghệ thủy lợi,Hà Nội;

[4]. Đoàn Thị Minh Yến, Lê Văn Nghị (2016), “Khả năng tháo qua tràn Piano loại A chảy tự do”, Tuyển tập khoa học công nghệ Viện KH Thủy lợi Việt Nam năm 2016, Hà Nội.

Tiếng Anh

[5]. S.Erpicum, P.Archambeau, M.Pirotton, and B.J.Dewals, (2014). “Geometric parameters influence on Piano Key Weir hydraulic performances”. 5th IAHR International Symposium on Hydraulic Structures, Brisbane, Australia, (1-8). 25-27 June 2014.

[6]. Lempérière.F, Vigny.J.P & Ouamane.A (2011). “General comments on Labyrinths and Piano Key Weirs: The past and present”, Labyrinth and Piano Key Weirs – PKW 2011, Published by CRC Press, London, ISBN 978-0-415-68282-4 , pp.17-24;

[7]. A.Noui & A. Ouamane (2011), “Study of optimization of the Piano Key Weir”, Labyrinth and Piano Key Weirs – PKW 2011, Published by CRC Press, London, ISBN 978-0-415-68282-4, pp.175-182;

[8]. O.Machiels, S.Erpicum, P.Archambeau, B. Dewals & M.Pirotton (2011), “Influence of the Piano Key Weir height on its discharge capacity”, Labyrinth and Piano Key Weirs – PKW

2011, Published by CRC Press, London, ISBN 978-0-415-68282-4 , pp.59-66;

[9]. Pralong.J, Montarros.F, Blancher.B & Laugier.F (2011). “A sensitivity analysis of Piano Key Weirs geometrical parameters based on 3D numerical modeling”, Labyrinth and Piano Key Weirs – PKW 2011, Published by CRC Press, London, ISBN 978-0-415-68282-4 , pp.133-139.

Xem bài báo tại đây: Đặc trưng hình dạng và nối tiếp của dòng chảy qua tràn piano