Tiêu chuẩn TCVN 8193-1:2009 Phương pháp đo lưu lượng nước trong kênh hở bằng đập tràn thành mỏng

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 8193-1:2009

ISO 1438-1:1980

ĐO LƯU LƯỢNG NƯỚC TRONG KÊNH HỞ BẰNG ĐẬP TRÀN VÀ MÁNG LƯỜNG VENTURI - PHẦN 1: ĐẬP TRÀN THÀNH MỎNG

Water flow measurement in open channels using weirs and ventury flumes - Part 1: Thin-plate weirs

Lời nói đầu

TCVN 8193-1 : 2009 hoàn toàn tương đương với ISO 1438-1 : 1980 và ISO 1438-1 ADMENDMENT:1998;

TCVN 8193-1 : 2009 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn Cơ điện biên soạn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

 

ĐO LƯU LƯỢNG NƯỚC TRONG KÊNH HỞ BẰNG ĐẬP TRÀN VÀ MÁNG LƯỜNG VENTURI - PHẦN 1: ĐẬP TRÀN THÀNH MỎNG

Water flow measurement in open channels using weirs and ventury flumes - Part 1: Thin-plate weirs

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định phương pháp đo lưu lượng nước trong kênh hở bằng đập tràn thành mỏng khía hình chữ nhật và khía hình tam giác (khía chữ V) đối với điều kiện dòng chảy ổn định, tự do và thoáng toàn phần. Các hệ số xác định lưu lượng dòng chảy khuyến cáo sử dụng trong tiêu chuẩn này chỉ áp dụng đối với nước có nhiệt độ xấp xỉ trong khoảng từ 5 °C đến 30 °C. Sử dụng các hệ số này ngoài dải nhiệt độ quy định trên vài độ sẽ gây sai số nhỏ không đáng kể, ngoại trừ khi cột áp đập tràn rất nhỏ (thấp). Tiêu chuẩn này chỉ áp dụng hạn chế đối với đập tràn và dòng chảy liên quan, có hình dáng hình học được quy định và các công thức tính toán được khuyến cáo sử dụng.

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

ISO 772, Liquid flow Measurement in open channels - Vocabulary and symbols (Đo lưu lượng chất lỏng trong kênh hở - Từ vựng và ký hiệu).

ISO 4373, Measurement of liquid flow in open channels - Water level measuring devices (Đo lưu lượng chất lỏng trong kênh hở - Phương tiện đo mức nước).

3. Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa quy định trong ISO 772 và các thuật ngữ định nghĩa quan trọng khi xuất hiện lần đầu trong tiêu chuẩn này.

4. Đơn vị đo

Trong tiêu chuẩn này sử dụng hệ đơn vị đo quốc tế SI.

5. Nguyên tắc chung

Lưu lượng nước chảy qua đập tràn thành mỏng là hàm số phụ thuộc vào cột áp trên đập tràn, hình dạng và kích thước của tiết diện dòng chảy qua đập tràn, hệ số lưu lượng thực nghiệm phụ thuộc vào cột áp trên đập tràn, tính chất hình học và đoạn kênh dẫn của đập tràn, tính chất động học của nước.

6. Lắp đặt

6.1. Khái quát chung

Yêu cầu chung về lắp đặt đập tràn được quy định trong các điều dưới đây. Yêu cầu riêng biệt đối với các loại đập tràn có đặc thù khác nhau được đề cập trong các điều 9 và điều 10.

6.2. Lựa chọn vị trí

Kiểu đập tràn sử dụng để đo lưu lượng nước được xác định một phần bởi điều kiện tự nhiên của vị trí dự kiến lắp đặt. Ở một số trường hợp thiết kế và sử dụng, đập tràn phải được đặt trong máng lường hình chữ nhật hay trong hộp đập tràn để mô phỏng điều kiện dòng chảy trong máng lường hình chữ nhật. Trong một số điều kiện khác, đập tràn có thể được đặt trong kênh cũng như trong máng lường hay trong hộp đập tràn tự nhiên, hoàn toàn không có sự khác biệt đáng kể về độ chính xác đo lường. Các yêu cầu liên quan đến vị trí lắp đặt đặc thù được mô tả trong 6.3.

6.3. Điều kiện lắp đặt

6.3.1. Khái quát chung

Lưu lượng dòng chảy qua đập tràn phụ thuộc chủ yếu vào đặc điểm vật lý của đập tràn và kênh đập tràn. Đập tràn thành mỏng đặc biệt phụ thuộc vào các đặc điểm của hệ thống điều chỉnh phân bố vận tốc trong đoạn kênh dẫn đo lường, đặc điểm cấu trúc và khả năng duy trì bảo dưỡng tỷ mỉ đỉnh đập tràn phù hợp với các đặc tính kỹ thuật tiêu chuẩn.

6.3.2. Đập tràn

Đập tràn thành mỏng phải thẳng đứng và vuông góc với các bờ thành kênh. Chỗ giao nhau của tấm chắn đập tràn với bờ thành và đáy kênh phải kín nước và chắc chắn, phải chịu được tác động của dòng chảy lớn nhất mà không bị biến dạng hay hư hỏng.

Các giới hạn thực tế được đưa ra liên quan đến các công thức tính toán lưu lượng như: chiều rộng tối thiểu, chiều cao tối thiểu của đập tràn, cột áp nhỏ nhất, các tỷ số h/p và b/B lớn nhất (trong đó: h - cột áp đo được, p - độ cao đỉnh so với đáy đập tràn, b - chiều rộng đo được của khía đập tràn và B - chiều rộng đoạn kênh dẫn thượng lưu) là các yếu tố liên quan đến cả việc lựa chọn kiểu đập tràn và lắp đặt.

6.3.3. Đoạn kênh dẫn thượng lưu

Trong tiêu chuẩn này quy định đoạn kênh dẫn thượng lưu (đoạn kênh đo lường) là một phần của kênh đập tràn, kéo dài từ đập tràn về phía thượng lưu một khoảng không ít hơn 10 lần chiều rộng ngọn nước tràn khi cột áp lớn nhất. Nếu đập tràn lắp đặt trong hộp đập tràn, chiều dài của hộp phải bằng chiều dài của đoạn kênh dẫn thượng lưu.

Đoạn kênh dẫn thượng lưu phải có chiều dài đủ lớn để đảm bảo dòng chảy đồng nhất, ổn định và có phân bố vận tốc xấp xỉ với phân bố vận tốc dòng chảy trong kênh thẳng. Trong Hình 1 minh họa biểu đồ phân bố vận tốc dòng chảy pháp tuyến đo được trong kênh dẫn phía thượng lưu do ảnh hưởng của đập tràn trong đoạn kênh thẳng. Có thể sử dụng các vách ngăn ổn định dòng và thiết bị nắn thẳng dòng để tái tạo sự phân bố chuẩn của vận tốc trong đoạn kênh đo lường, nhưng chúng phải được lắp đặt trước đập tràn ở khoảng cách không nhỏ hơn chiều dài tối thiểu của đoạn kênh dẫn về phía thượng lưu quy định trong tiêu chuẩn này.

Tuy nhiên, nếu cột áp lớn nhất cần đo bị hạn chế đến 2/3p cho tất cả các loại đập tràn, có thể sử dụng thiết bị nắn dòng để giảm chiều dài hiệu dụng của đoạn kênh dẫn thượng lưu tới (B + 3 h_max) đối với đập tràn hình tam giác và đập tràn hình chữ nhật, và tới (B + 5 h_max) đối với đập tràn đỉnh rộng (b = B). Sự hạn chế này là cần thiết do sự biến dạng của phân bố vận tốc trong đập tràn đỉnh rộng (b = B). Sự hạn chế này là cần thiết do sự biến dạng của phân bố vận tốc trong đoạn kênh dẫn thượng lưu có thể xảy ra bởi dòng chảy tràn qua đỉnh các vách ngăn của thiết bị nắn dòng nếu cột áp trên đập tràn quá cao.

CHÚ THÍCH: Để đạt được mục đích trên, thông số kỹ thuật của thiết bị nắn thẳng dòng điển hình1)^,2) yêu cầu phải có ít nhất 4 tấm vách ngăn phẳng đục lỗ (có tỷ lệ diện tích các lỗ từ 40 % đến 60 % diện tích vách ngăn), đặt liên tiếp cách nhau một khoảng không nhỏ hơn 0,2 m theo chiều dòng chảy. Các lỗ trên các tấm vách phải phân bố đều và đồng nhất (xem Hướng dẫn thiết kế và lắp đặt vách ổn định dòng trình bày trong Phụ lục B).

Hình 1 - Ví dụ về phân bố vận tốc chuẩn trong kênh tiết diện hình chữ nhật

Ảnh hưởng của phân bố vận tốc dòng chảy trong đoạn kênh dẫn thượng lưu gia tăng khi tỷ số h/p và b/B tăng. Nếu không khắc phục được hiện tượng phân bố vận tốc dòng chảy không đồng nhất trong hệ thống đập tràn, sai số do tính toán lưu lượng nước phải được kiểm tra lại bằng các phương pháp đo lưu lượng khác tại dải đo lưu lượng đại diện.

6.3.4. Đoạn kênh dẫn hạ lưu

Ảnh hưởng của hình dạng và kích thước đoạn kênh dẫn phía hạ lưu đập tràn thường không đáng kể, nhưng mức nước trong đoạn kênh hạ lưu phải thấp đáng kể so với đỉnh đập tràn để đảm bảo điều kiện dòng chảy tự do và hoàn toàn thoáng khí. Dòng chảy tự do (không bị ngập) chỉ được đảm bảo khi dòng chảy qua đập tràn độc lập, không phụ thuộc vào mức nước của đoạn kênh dẫn hạ lưu. Dòng chảy hoàn toàn thoáng khí được đảm bảo khi áp suất không khí ở mặt dưới ngọn nước hoàn toàn bằng áp suất khí quyển.

7. Đo cột áp

7.1. Phương tiện đo cột áp

Để đạt được cấp chính xác đo lưu lượng nước quy định đối với đập tràn tiêu chuẩn, cột áp trên đập tràn phải được đo bằng móc đo mức với cấp chính xác phòng thí nghiệm, thiết bị đo khoảng cách điểm, áp kế hoặc các thiết bị đo khác có cấp chính xác tương đương. Để ghi số liệu thay đổi liên tục của cột áp có thể sử dụng phao đo và thiết bị đo mức tự động. Khi không yêu cầu cấp chính xác đo cao, có thể chấp nhận sử dụng cột tiêu đo (cột thủy chí) và thước dây.

Yêu cầu chi tiết áp dụng cho thiết bị đo cột áp quy định trong ISO 4373.

7.2. Bình lắng sóng

Trong trường hợp cá biệt, khi vận tốc bề mặt và nhiễu loạn dòng chảy trong đoạn kênh dẫn phía thượng lưu nhỏ không đáng kể, có thể đo cột áp trực tiếp trong kênh dẫn thượng lưu (ví dụ: bằng thiết bị đo khoảng cách điểm, lắp đặt bên trên mặt nước). Tuy nhiên, để tránh ảnh hưởng của sự dao động mức nước do sóng đánh, dòng chảy xoáy hoặc các dao động, cột áp tràn phải được đo trong bình lắng sóng.

Bình lắng sóng được kết nối với kênh dẫn thượng lưu bằng ống dẫn thích hợp (ở một đầu), nếu cần thiết phải được trang bị van tiết lưu để giảm sóng dao động. Đầu còn lại của ống dẫn - nối tới đáy hoặc thành bên của thiết bị đo áp suất hoặc ống đo áp suất tỉnh tại khu vực đo cột áp.

Các quy định về bình lắng sóng đo cột áp cho trong ISO 4373.

7.3. Khu vực đo cột áp

Khu vực đo cột áp phải được bố trí ở khoảng cách đủ xa đập tràn về phía thượng lưu để tránh “vùng hạ thấp mực nước" do ngọn nước tràn. Mặt khác, khoảng cách từ chỗ lắp đặt bình lắng sóng phải đủ gần đập tràn để giảm tổn thất cột áp giữa chúng xuống mức nhỏ nhất. Đối với các loại đập tràn đề cập trong tiêu chuẩn này, khoảng cách thích hợp từ bình lắng đo cột áp đến đập tràn trong đoạn kênh thượng lưu là khoảng từ 4 đến 5 lần cột áp cực đại h_max.

Nếu vận tốc cao xuất hiện trong đoạn kênh thượng lưu hoặc nhiễu loạn trên bề mặt dòng chảy hay các biến động bất thường tại khu vực đo bởi các tỷ số h/p và b/B lớn, có thể phải lắp đặt thêm các cửa vào áp suất để bảo đảm cột áp đo được trong bình lắng sóng là giá trị trung bình của các điểm đo khác nhau.

7.4. Mặt phẳng chuẩn đo cột áp

Độ chính xác đo cột áp phụ thuộc rất nhiều vào việc xác định mặt phẳng chuẩn (còn gọi là mặt phẳng cơ sở hay mặt phẳng zero), được xác định như là số đọc của thiết bị đo so với mức của đỉnh đập tràn (đập tràn hình chữ nhật) hoặc so với mức của đỉnh khía đập tràn (đập tràn khía hình tam giác). Khi cần thiết, mặt chuẩn phải được kiểm tra. Có nhiều phương pháp xác định mặt chuẩn được chấp nhận. Phương pháp điển hình cho đập tràn hình tam giác và hình chữ nhật được trình bày trong các điều 9 và điều 10.

Do sức căng bề mặt, không thể xác định chính xác mặt phẳng zero bằng cách đọc cột áp trên áp kế đo tại vùng mực nước hạ thấp so với mức đỉnh (hay đỉnh khía) đập tràn.

8. Bảo trì bảo dưỡng

Bảo trì, bảo dưỡng đập tràn và kênh đập tràn để đảm bảo các phép đo chính xác.

Đoạn kênh dẫn thượng lưu phải được làm sạch bùn, cát, thực vật và các vật cản khác có thể gây tác động xấu lên điều kiện dòng chảy được quy định đối với hệ thống đập tràn tiêu chuẩn. Đoạn kênh dẫn hạ lưu phải sạch, không có vật cản để tránh không bị ngập bờ hoặc làm mất điều kiện thông thoáng hoàn toàn của ngọn nước đập tràn ở mọi điều kiện dòng chảy.

Thành (tấm chắn) đập tràn phải được giữ sạch và gia cố chắc chắn. Trong quá trình làm sạch, phải thận trọng để không làm hư hỏng đỉnh hoặc khía đập tràn, đặc biệt là mặt và các cạnh thành đập tràn phía thượng lưu. Các đặc tính kết cấu của đập tràn rất nhạy cảm phải được xem xét kỹ lưỡng trước khi tiến hành bảo trì bảo dưỡng.

Thiết bị đo cột áp, ống nối và bình lắng sóng phải được làm sạch và kiểm tra để đảm bảo độ kín khít. Móc đo hay thước đo điểm mức nước, áp kế, phao đo hay các thiết bị đo khác sử dụng phải được kiểm tra định kỳ để đảm bảo độ chính xác.

Nếu sử dụng thiết bị nắn thẳng dòng, phải giữ gìn sạch sẽ các lỗ đột trên tấm ngăn cách, sao cho tỷ lệ diện tích mặt thoáng luôn lớn hơn 40 %.

9. Đập tràn thành mỏng hình chữ nhật

9.1. Kiểu đập tràn

Đập tràn thành mỏng hình chữ nhật là phân loại kiểu chung, trong đó gồm có hai dạng chính:

a) Dạng cơ bản (tiêu chuẩn): Đập tràn thành mỏng khía hình chữ nhật;

b) Dạng không phổ biến: Đập tràn thành mỏng đỉnh rộng (full-width).

Trong Hình 2 minh họa hình dáng đập tràn cơ bản, có tỷ lệ b/B và h/p trung bình. Nếu b/B = 1, tức là chiều rộng của đập tràn bằng chiều rộng kênh dẫn đo lường, khi đó (theo phân loại trên) gọi là đập tràn thành mỏng đỉnh rộng hay đập tràn "không phổ biến” vì các sườn bên của ngọn nước đập tràn không bị co hẹp.

Hình 2 - Đập tràn thành mỏng khía hình chữ nhật

9.2. Đặc điểm kỹ thuật của đập tràn tiêu chuẩn

Đập tràn tiêu chuẩn bao gồm khía hình chữ nhật thẳng đứng và tấm chắn thành đập mỏng. Tấm chắn thành đập phải phẳng, cứng vững, vuông góc với các bờ thành đập và đáy đoạn kênh dẫn thượng lưu. Bề mặt phía thượng lưu tấm chắn phải nhẵn phẳng (bề mặt vùng lân cận khía thành đập, tương đương với gia công tinh bề mặt thép cuộn gia công cán).

Đường trung trực chia đôi khía đập tràn phải cách đều hai bờ thành kênh. Bề mặt đỉnh đập tràn phải nằm trong mặt phẳng ngang, phẳng, sao cho tạo thành cạnh sắc tại chỗ giao nhau với mặt phía thượng lưu của tấm thành đập. Chiều dày của bề mặt đỉnh đập, đo vuông góc với chiều rộng mặt tấm chắn thành đập, phải trong khoảng từ 1 mm đến 2 mm. Các mặt bên của khía đập tràn phải “thẳng đứng”, bề mặt phải tạo thành cạnh sắc với mặt phía thượng lưu của tấm chắn thành đập. Trong số ít trường hợp đối với đập tràn đỉnh rộng, đỉnh đập tràn kéo dài tới hai bờ thành kênh, vùng lân cận đỉnh đập tràn phải phẳng và nhẵn (xem 9.3).

Để đảm bảo cạnh sắc phía thượng lưu của đỉnh với thành bên của khía đập tràn, chúng phải được chế tạo hoặc mài dũa sao cho vuông góc với mặt phía thượng lưu của tấm chắn thành đập, không có gờ ráp, vết xước và phải chịu được mài mòn đối với vải hoặc giấy ráp. Phải cắt vát gờ phía hạ lưu của cạnh khía đập tràn, nếu bề dày tấm chắn thành đập lớn hơn bề dày lớn nhất cho phép của mặt khía. Các mặt vát phải tạo thành góc không nhỏ hơn p/4 radian (45 °) với đỉnh và các mặt bên của khía đập tràn (xem Hình 2). Tấm chắn đập tràn tại vùng lân cận khía đập tràn phải được chế tạo bằng kim loại chống rỉ. Nếu không, tất cả các bề mặt nhẵn kể trên và các cạnh sắc phải được bảo vệ bằng màng hoặc lớp phủ thích hợp (ví dụ dầu, sáp, silicon...), bôi phủ lên bằng vải mềm.

9.3. Quy cách lắp đặt

Tuân thủ các điều kiện kỹ thuật lắp đặt quy định trong 6.3. Nhìn chung, đập tràn phải được lắp đặt trong đoạn kênh thẳng tiết diện hình chữ nhật, đáy ngang bằng nếu có thể. Tuy nhiên, nếu độ mở hiệu dụng của khía đập tràn đủ nhỏ so với mặt cắt ngang của đoạn kênh thượng lưu, khi đó vận tốc dòng chảy trong đoạn kênh đo lường cũng rất nhỏ, điều kiện hình dáng biên dạng kênh đo lường sẽ trở nên ít quan trọng. Trong mọi trường hợp, dòng chảy trong đoạn kênh đo lường phải đồng nhất và ổn định, theo quy định tại 6.3.3.

Nếu chiều rộng của đập tràn bằng chiều rộng của đoạn kênh dẫn thượng lưu (đập tràn đỉnh rộng), các mặt thành bờ kênh thượng lưu tính từ tấm chắn thành đập tràn phải thẳng đứng, bằng phẳng, song song và nhẵn (đạt độ bóng tương đương với độ bóng hoàn thiện của bề mặt thép cuộn gia công cán). Các bờ bên của kênh dẫn bên trên mức của đỉnh đập tràn đỉnh rộng phải kéo dài ít nhất bằng 0,3h_max từ mặt phẳng đập tràn về phía hạ lưu. Dòng chảy hoàn toàn thoáng khí qua đập tràn phải được đảm bảo theo các điều kiện quy định trong 6.3.4.

Đáy đoạn kênh thượng lưu phải nhẵn, phẳng và ngang bằng khi độ cao đỉnh đập tràn (p) so với đáy kênh nhỏ và/hoặc tỷ số h/p lớn. Đối với đập tràn hình chữ nhật, đáy phải nhẵn, phẳng, ngang bằng, đặc biệt khi p < 0,1="" m="" và/hoặc="" tỷ="" số="">h_max/p > 1. Các điều kiện bổ sung khác khuyến cáo cho từng công thức tính lưu lượng cụ thể trình bày trong các 9.6 và 9.7.

9.4. Quy cách đo cột áp

9.4.1. Quy định chung

Phải tuân thủ nghiêm ngặt điều kiện quy định trong 7.1, 7.2 và 7.3, không có trường hợp ngoại lệ.

9.4.2. Xác định mặt phẳng chuẩn

Mặt phẳng chuẩn hay mặt phẳng zero phải được xác định một cách cẩn trọng và phải được kiểm tra khi cần thiết. Phương pháp điển hình được chấp nhận để xác định mặt phẳng chuẩn đối với đập tràn thành mỏng hình chữ nhật được mô tả dưới đây:

a) Mực nước tĩnh trong đoạn kênh dẫn thượng lưu được xả bớt đến mức bên dưới đỉnh đập tràn;

b) Lắp đặt móc đo tạm thời trên đoạn kênh dẫn thượng lưu tại vị trí gần đỉnh đập tràn;

c) Đặt thước đo mức/thăng bằng chính xác sao cho trục thiết bị nằm theo phương ngang, một đầu nằm trên đỉnh đập tràn và đầu kia nằm trên điểm đo của móc đo tạm thời (móc đo mức tạm thời đã được căn chỉnh để giữ mức ở vị trí mức nước xác định), đọc và ghi dữ liệu đo;

d) Hạ thấp móc đo mức tạm thời tới mặt nước trong đoạn kênh dẫn thượng lưu, đọc và ghi lại số liệu đo. Điều chỉnh thiết bị đo mức cố định để đọc và ghi dữ liệu mức nước tại bình lắng sóng;

e) Lấy hiệu của hai số đọc trên thiết bị đo mức tạm thời, cộng với giá trị đo đọc trên thiết bị đo cố định, kết quả nhận được là mức zero (mặt phẳng chuẩn) của thiết bị đo cố định.

Trong Hình 3 minh họa quy trình xác định mặt phẳng chuẩn để đo cột áp sử dụng thiết bị đo mức tạm thời, lắp đặt dễ dàng trên thành đập.

9.5. Khái quát về công thức tính lưu lượng

Lưu lượng nước chảy qua đập tràn thành mỏng hình chữ nhật được tính theo các công thức khác nhau cho hai trường hợp sau:

a) Đập tràn thành mỏng hình chữ nhật tiêu chuẩn (cho mọi giá trị của b/B).

b) Đập tràn mỏng hình chữ nhật đỉnh rộng (cho b/B = 1,0).

Các ký hiệu sử dụng trong biểu thức được quy định dưới đây:

Q - lưu lượng dòng chảy, m³/s;

C - hệ số lưu lượng (không thứ nguyên);

g - gia tốc trọng trường, m/s²;

b - chiều rộng khía đập tràn đo được, m;

B - chiều rộng đoạn kênh dẫn, m;

h - độ cao cột áp đo được, m;

p - độ cao của đỉnh đập tràn so với đáy, m;

9.6. Công thức tính lưu lượng nước cho dạng đập tràn tiêu chuẩn (mọi giá trị b/B)

9.6.1. Công thức Kindsvater-Carter

Công thức Kindsvater-Carter áp dụng cho đập tràn thành mỏng hình chữ nhật tiêu chuẩn

                                                                            (1)

Trong đó:

C_e là hệ số lưu lượng;

b_e là chiều rộng hiệu dụng, tính bằng mét;

h_e là cột áp hiệu dụng, tính bằng mét.

Hình 3 - Xác định mặt chuẩn đo mức nước cho đập tràn thành mỏng hình chữ nhật

9.6.1.1. Ước lượng giá trị C_e, k_b  và k_h

Trong Hình 4 cho các giá trị C_e xác định bằng thực nghiệm, là hàm số của h/p ứng với các giá trị đại diện của b/B. Các giá trị C_e trung gian được xác định bằng phương pháp nội suy.

Hệ số lưu lượng C_e thực nghiệm là hàm số của hai biến số, được tính theo biểu thức

                                          (2)

Chiều rộng hiệu dụng b_e và cột áp h_e hiệu dụng tính theo các công thức

b_e = b + k_b                                                        (3)

h_e = h + k_h                                                         (4)

Trong đó: k_b và k_h là các hệ số thực nghiệm, tính bằng mét, bù các hiệu ứng liên hợp của độ nhớt và sức căng bề mặt, m.

Trên Hình 5 cho đường cong thực nghiệm của hàm số k_b phụ thuộc tỷ số b/B.

Thực nghiệm cho thấy hằng số k_h có trị số bằng 0,001 m cho đập tràn được xây dựng tuân thủ nghiêm ngặt các quy cách kỹ thuật khuyến cáo trong tiêu chuẩn này.

9.6.1.2. Đẳng thức tính C_e

Đối với các trị số cụ thể của b/B, mối quan hệ giữa hệ số lưu lượng thực nghiệm C_e và biến số h/p có dạng tuyến tính (xem Hình 4) dưới đây

Như vậy, với các giá trị của b/B cho trong Hình 4, công thức tính C_e có thể viết được viết như sau

(b/B = 1,0): Ce = 0,602 + 0,075 .	(5)
(b/B = 0,9): Ce = 0,598 + 0,064 .	(6)
(b/B= 0,8) :Ce = 0,596 + 0,045 .	(7)
(b/B = 0,7): Ce = 0,594 + 0,030 .	(8)
(b/B = 0,6): Ce = 0,593 + 0,018 .	(9)
(b/B = 0,4): Ce = 0,591 + 0,0058 .	(10)
(b/B = 0,2) : Ce = 0,589 - 0,0018 .	(11)
(b/B = 0): Ce= 0,587 - 0,0023 .	(12)

Hình 4 - Hệ số lưu lượng C_e = a + a' (h/p)

Đối với các trị số b/B trung gian, công thức C_e có thể xác định được bằng nội suy.

9.6.1.3. Giới hạn thực tế của h/p, h, b và p

Giới hạn thực tế được đặt ra đối với tỷ số h/p nhằm giảm sai số đo cột áp do ảnh hưởng của sóng trào đột ngột trong đoạn kênh dẫn thượng lưu xuất hiện khi h/p có giá trị lớn hơn.

Giới hạn đặt ra cho h nhằm tránh ảnh hưởng của hiện tượng “bó” ngọn nước, xuất hiện khi cột áp quá thấp.

Giới hạn đặt ra cho b vì độ không đảm bảo do phụ thuộc các hiệu ứng liên hợp độ nhớt và sức căng bề mặt, thể hiện qua độ lớn của hệ số k_b khi trị số của b rất nhỏ.

Giới hạn đặt ra cho p và (B-b) nhằm tránh sự bất ổn định do sự xuất hiện của dòng chảy xoáy trong các góc giữa đường bao của kênh và thành đập tràn khi p và (B - b) có trị số nhỏ.

Trong thực tế, một cách thận trọng có thể chọn các trị số giới hạn cho công thức Kindsvater-Carter như sau

a) h/p £ 2,5;

b) h ³ 0,03 m;

c) b ³ 0,15 m;

d) p ³ 0,10m;

e) hoặc là (B-b)/2 = 0 (cho đập tràn đỉnh rộng), hoặc là (B-b)/2 ³ 0,10 m (cho đập tràn co hẹp).

9.6.2. Công thức SIA

Biểu thức SIA (Hiệp hội kỹ thuật và kiến trúc-Société suisse dé ingénieurs et architectes) cho đập tràn thành mỏng hình chữ nhật tiêu chuẩn là

                                            (13)

Trong đó:

(14)

Các giới hạn thực tế áp dụng cho biểu thức SIA như sau:

a) h/p £ 1,0;

b) b/B ³ 0,3;

c) 0,025 B/b £ h £ 0,80 m;

d) p ³ 0,30 m.

(Mời xem tiếp trong file tải về)