ThS. Lê Nguyên Trung, Phó Giám đốc Trung tâm Thủy điện, Viện Năng lượng – Bộ Công Thương
Trên cơ sở vai trò của thí nghiệm mô hình thủy lực trong thiết kế công trình và tính đặc thù của công việc thiết kế nhám trong mô hình hóa mô hình thủy lực, cho thấy cần thiết phải xây dựng đề tài:Nghiên cứu thiết kế nhám trong mô hình thí nghiệm thủy lực.
1. Đặt vấn đề
– Nhiệm vụ của thí nghiệm mô hình thủy lực công trình thủy lợi, thủy điện:
Kiểm nghiệm phương án thiết kế và xác định phương án tối ưu theo điều kiện thủy lực;
Nghiên cứu động học và động lực học dòng chảy trong các công trình dẫn nước và chế độ nối tiếp, an toàn thượng hạ lưu;
Nghiên cứu quy trình khai thác, quy trình vận hành tối ưu về chế độ thủy lực, an toàn công trình;
Nghiên cứu, bổ sung hoàn thiện những quy luật về động học và động lực học dòng chảy.
– Khi tiến hành mô hình hóa mô hình thủy lực, có bốn thông số không thứ nguyên cần phải đảm bảo. Đó là bốn thông số Froude, số Reynolds, độ dốc dòng chảy và độ nhám (hoặc số Chezy). Ta cần biết nhám của khu vực nghiên cứu một đoạn kênh hoặc sông ngoài thực tế hay được gọi là nhám nguyên hình và nhám của mô hình tỷ lệ tương tự và được gọi là nhám mô hình. Nói chung việc mô hình hóa là nhằm dự báo các khả năng xẩy ra của nguyên hình nên mọi việc làm sao để nhằm đến dự báo các tính chất vật lý của nguyên hình một cách chính xác. Tuy nhiên, nguyên hình đã tồn tại trong thực tế là một đoạn kênh, một đoạn sông cụ thể nên nhám của nguyên hình coi như đã biết. Còn mô hình chưa xây dựng chúng ta chưa biết nhám của mô hình. Chúng ta cũng chỉ ước lượng nhám mô hình theo kinh nghiệm hoặc các công thức dự báo về nhám. Từ đó chúng ta thiết kế mô hình theo nhám dự báo. Sau đó tiến hành đánh giá: mực nước và vận tốc của thí nghiệm với thực tế. Nếu không phù hợp với thực tế => hiệu chỉnh nhám. Công việc này mất rất nhiều thời gian và công sức, đôi khi làm ảnh hưởng đến tiến độ và mức độ chính xác của dự án.
Trên cơ sở vai trò của thí nghiệm mô hình thủy lực trong thiết kế công trình và tính đặc thù của công việc thiết kế nhám trong mô hình hóa mô hình thủy lực, cho thấy cần thiết phải xây dựng đề tài:Nghiên cứu thiết kế nhám trong mô hình thí nghiệm thủy lực.
2. Phạm vi nghiên cứu
a) Phạm vi nghiên cứu
Do bài toán rất rộng nên nghiên cứu giới hạn phạm vi nghiên cứu: Mô hình chính thái; lòng sông cứng; phía thượng lưu mô phỏng 1 hồ chứa nhỏ để thả lưu lượng nghiên cứu. Tiếp theo mô phỏng 1 đoạn kênh có chiều dài khoảng 15m đã bao gồm cửa cuối.
b) Các trường hợp thí nghiệm
Thành phần hạt gia công nhám lựa chọn các trường hợp d=5÷10 mm; 10÷15 mm; 15÷20 mm; 20÷30 mm. Khoảng cách giữa các hạt dự kiến 5 trường hợp. Như vậy, số tổ hợp thí nghiệm cho thành phần hạt và kích thước hạt là 20 thí nghiệm và 1 thí nghiệm phương án gốc, vậy tổng các tổ hợp là 21. Mỗi trường hợp thí nghiệm được thí nghiệm với 3 độ dốc mặt nước J (được tạo bằng cách khống chế 3 mực nước hạ lưu). Như vậy tổng trường hợp thí nghiệm là 21*3=63 thí nghiệm.
3. Tình hình nghiên cứu nhám trên thế giới và trong nước
– Trên thế giới vấn đề về nhám nói chung vẫn nêu lên một cách lý thuyết cơ bản về cách tính toán nhám trong sông, kênh thế nào, hoặc cho các bề mặt khác nhau với các loại vật liệu. Trong khi xây dựng mô hình thủy lực ta cần biết (hoặc ước tính trước) được nhám mô hình trước khi chế tạo mô hình, để tính toán các điều kiện tương tự mô hình. Nhưng chỉ sau khi xây dựng xong mô hình chúng ta mới xác định được nhám thực của mô hình. Do đó khi biết mô hình không đảm bảo được điều kiện tương tự mô hình thì đã muộn. Hiện nay, tại các phòng thí nghiệm mô hình thủy lực ở các nước Châu Âu, Mỹ, Ấn độ… trước khi xây dựng mô hình người ta phải thí nghiệm mô hình trên máng kính có độ dốc thay đổi để xác định hay ước tính trước nhám hay hệ số Chezy của mô hình sẽ nghiên cứu, sau đó mới có số liệu nhám để thiết kế mô hình thủy lực. Vấn đề phức tạp, quan trọng nhất trong mô hình thủy lực là chọn nhám mô hình đảm bảo điều kiện tương tự mô hình.
– Tình hình nghiên cứu thiết kế nhám trong mô hình thí nghiệm thủy lực trên thế giới: Trên thế giới việc nghiên cứu độ nhám cho lòng dẫn hở với lòng sông biến động vẫn còn là một việc rất khó khăn. Đối với lòng dẫn hở nhưng lòng sông không biến đổi (mô hình lòng cứng) đã có nhiều nghiên cứu chỉ ra cách xác định hệ số nhám (n), như tài liệu “Thủy lực dòng chảy hở”của Van Te Chow (mỹ). Hay sổ tay tính toán thủy lực Kixêlep. Tuy nhiên, trong các tài liệu này chỉ trích dẫn hệ số nhám theo đặc trưng lòng dẫn chứ không mô tả cụ thể về cách bố trí, mật độ, kích thước vật liệu.
– Tình hình nghiên cứu thiết kế nhám trong mô hình thí nghiệm thủy lực trong nước: Trong nước các đề tài nghiên cứu thiết kế nhám trong thí nghiệm mô hình thủy lực chưa được thực hiện do nhiều yếu tố khách quan: như điều kiện sân bãi và thiết bị thí nghiệm… Các đơn vị có chức năng về thí nghiệm mô hình thủy lực khi thiết kế nhám trong mô hình chỉ có thể tương tự nhám giữa nguyên hình và mô hình trên cơ sở dò tìm (cấp phối đá và hình thức bố trí mô phỏng nhám) để đảm bảo tương tự giữa mực nước thực tế và mô hình. Việc dò tìm này mất rất nhiều thời gian và công sức.
còn nữa …Xem bài viết đầy đủ file .pdf
