BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO - BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

PHẠM NGUYÊN HÙNG NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ THUỶ LỰC DÒNG XIẾT BA CHIỀU
TRÊN MŨI PHUN CÓ XÉT ĐẾN HÀM KHÍ Chuyên ngành: Xây dựng công trình thuỷ
Mã số: 62-58-40-01

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIỄN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, 2008

Công trình này được hoàn thành tại Bộ môn Thuỷ công
Khoa Công trình - Trường Đại học Thuỷ lợi

nước. Tạp chí KHKT Thuỷ lợi và Môi trường số 18.
3. Phạm Nguyên Hùng (2000). Khả năng ứng dụng bài toán điều khiển
dòng xiết bằng kết cấu có đáy cong hai hướng trong xây dung công
trình xả cột nước cao. Tạp chí Điện lực số 6, tháng 06/2000.
4. Phạm Nguyên Hùng (2008). Nghiên cứu thí nghiệm mô hình thuỷ lực
điều khiển dòng xiết trên mũi phun phát tán. Tạp chí Nông nghiệp và
Phát triển Nông thôn số 5/2008. 1

Më ®Çu

1. Tính cấp thiết của đề tài
Mặc dù lý thuyết tính toán thuỷ lực dòng xiết ba chiều đã được
khởi thảo từ mấy chục năm qua, nhưng việc triển khai áp dụng vẫn
còn nhiều hạn chế do những khó khăn về mặt toán học. Ngoài ra ảnh
hưởng của hàm khí trong dòng chảy có độ xiết cao trên các kết cấu
điều khiển chưa được xem xét đầy đủ làm cho các kết quả tính toán có
thể sai lệch so với thực tế cũng làm hạn chế khả năng áp dụng phương
pháp này.
Vì vậy, việc nghiên cứu bài toán thuỷ lực dòng xiết ba chiều có
xét đến hàm khí và thiết lập chương trình tính toán tương ứng nhằm
tạo điều kiện so sánh được nhiều phương án kết cấu để tìm lời giải tối
ưu trong thiết kế các công trình tháo có cột nước cao hiện nay là rất
cần thiết.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu của luận án là mở rộng phương pháp tính
toán thuỷ lực điều khiển dòng xiết ba chiều cho trường hợp dòng chảy
có hàm khí, xác định ảnh hưởng của hàm khí đến các thông số hình

có xét hàm khí lập được trong luận án có giao diện thân thiện và tiện sử
dụng trong thực tế, cho phép người thiết kế dễ dàng tính toán cho nhiều
phương án mũi phun khác nhau để so sánh chọn phương án tối ưu thoả
mãn các điều kiện an toàn và kinh tế trong thiết kế công trình tháo nước.
6. Bố cục của luận án
Nội dung của luận án bao gồm phần mở đầu, 5 chương, phần kết
luận-kiến nghị, tài liệu tham khảo và các phụ lục.

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN DÒNG XIẾT
VÀ TÍNH TOÁN HÀM KHÍ TRONG DÒNG XIẾT

1.1. Các yêu cầu và phương pháp điều khiển dòng xiết
Khi bố trí các đường tháo nước trong các điều kiện địa hình, địa
chất bất lợi thì buộc phải chia nó ra các đoạn có hình dạng hình học
khác nhau mà sự nối tiếp của chúng cần được tính toán cặn kẽ để tránh
các hậu quả bất lợi. Các vấn đề phải giải quyết của ĐKDX là thu hẹp
hay mở rộng dòng chảy trên mặt bằng, đổi hướng chảy, phát tán dòng
chảy ở hạ lưu.

3

Nhiệm vụ của ĐKDX là tìm các biện pháp công trình để làm biến
dạng dòng xiết một cách hợp lý cho phù hợp với các điều kiện tại chỗ,
loại bỏ hoặc hạn chế các hiện tượng thuỷ lực bất lợi.
ĐKDX có thể thực hiện được bằng các phương pháp khác nhau:
a) Bằng các tường bên khi đáy lòng dẫn phẳng;
b) Bằng đáy cong khi các tường bên không đóng vai trò chủ
động trong điều khiển;
c) Bằng đáy và tường bên cong;

chảy ở cuối dốc nước là lớn thì việc sử dụng mũi phun hình trụ thông
thường sẽ gặp bất lợi là hố xói sâu sau mũi phun có khả năng đe doạ
an toàn của công trình. Để đạt được hiệu quả điều khiển cao hơn, cần
phải làm các dạng mũi phun đặc biệt mà tác động điều khiển dòng
chảy được thực hiện ở cả tường bên và đáy, như : mũi phun phát tán,
mũi phun xoắn, máng phun thu hẹp dần hoặc mũi phun dạng hình
nêm,
ë các nước phương Tây, khi thiết kế các mũi phun dạng đặc biệt
này đều chủ yếu sử dụng phương pháp thực nghiệm hay nói cách khác
hình dạng hợp lý của mũi phun được tìm kiếm bằng con đường thí
nghiệm mô hình.
Cách tiếp cận lời giải bài toán điều khiển dòng xiết của các nhà
khoa học Liên Xô trước đây và Liên bang Nga ngày nay có khác với
các nhà nghiên cứu ở phương Tây. Trong những năm 30÷50 của thế
kỷ trước, các nhà khoa học Xô Viết đã có nhiều cố gắng trong việc
khởi thảo lý thuyết điều khiển dòng xiết và phương pháp tính toán các
kết cấu tương ứng.
Năm 1938, N. E. Conđrachiev đề nghị sử dụng các mũi phun có
tác dụng làm giảm đột ngột chiều sâu hố xói so với các mũi phun
thông thường. Từ sự phân tích đặc điểm chuyển động của dòng xiết
trên mặt cong, N.E.Conđrachiev đã thiết lập được phương trình vi
phân của dòng chảy uốn cong không gian và đề nghị phương pháp gần
đúng tính toán mũi phun phát tán. Các kết cấu tương tự của mũi phun
phát tán cũng đã được A.G.Tranhisvili nghiên cứu, chính ông đưa ra ý
tưởng chính xác hoá phương pháp tính toán các mũi phun này.
A.M.Tujilkin cũng đề nghị mặt cắt ngang đáy mũi phun phát tán
có biên là cung tròn, nhưng với tính toán để mặt tự do của dòng xiết
cạnh tường biên của mũi phun thoả mãn phương trình của
N.E.Conđrachiev. Tiếp theo, phương pháp này được mở rộng cho các
mặt cắt ngang dạng bất kỳ.

2006, ). Tuy nhiên, các nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở phương án so
sánh và tính phổ cập của các chương trình tính toán chưa cao.
1.4. Về tính toán hàm khí trong dòng chảy hở
Việc tính toán hàm khí trong dòng chảy hở là cần thiết cho việc
xác định chiều cao thành lòng dẫn, toạ độ đáy cong 2 chiều của các
mũi phun để điều khiển dòng xiết, chiều dài phóng xa của tia dòng và
chiều sâu hố xói sau mũi phun,
Những thành tựu chính trong nghiên cứu hàm khí của dòng chảy
hở đã đạt được vào những năm 60÷70 của thế kỷ trước bởi các nhà

6

khoa học Liên Xô như Ixatrencô N.B., Vôinhitr-Xianogienxki T.G.,
Troitxki V.P., Xacvarelidze V.V., Boropcov V.X., Xlixki X.M., và các
nhà khoa học Mỹ như Campbell F.B., Guyton B., Straub G., Anderson
G., Sharma H.R.,v.v Tuy nhiên, vì vấn đề hàm khí của dòng chảy
nói chung và dòng chảy hở nói riêng là rất phức tạp, nên việc nghiên
cứu nó vẫn còn tiếp diễn cho đến ngày nay.
X.M.Xlixki đã tổng hợp các số liệu thí nghiệm và đo đạc hiện
trường về giới hạn bắt đầu hàm khí và đưa ra giới hạn dòng chảy bắt
đầu hàm khí như sau:

λ
ψ
/cos38,0
=
>
gh
FrFr
(1-20)

dy
y
S
S
p
σ
πσ
(1-24)
- Độ tập trung trong miền khí S ở miền nước-khí:

K
yhp
y
hp
SS )(
2/
−
=
(1-25)
1.5. Kết luận chương 1
1. Dòng chảy lưu tốc cao xuất hiện trên các công trình tháo có cột
nước cao, lưu lượng lớn. Trong việc nghiên cứu tương tác giữa dòng
chảy lưu tốc cao với các bộ phận công trình và lòng dẫn hạ lưu còn
tồn tại những vấn đề chưa được giải quyết thấu đáo như khí thực, hàm
khí, phương pháp điều khiển dòng xiết.
2. Các kết cấu để điều khiển dòng xiết rất đa dạng. Trong luận án
này tập trung nghiên cứu loại mũi phun phát tán đặt cuối dốc nước.
Đây là loại mũi phun có đáy cong hai chiều và tường bên cong, có thể
đạt được hiệu quả cao về phân tán dòng chảy theo phương ngang làm
giảm lưu lượng đơn vị, giảm chiều sâu hố xói.

chiều để xác định toạ độ đáy của thiết bị điều khiển (mũi phun phát
tán) và các thông số của dòng chảy trên đó.
- Ứng dụng tính toán cho công trình thực tế, chỉ ra được ảnh
hưởng của các thông số khác nhau đến hiệu quả điều khiển dòng xiết
có xét đến hàm khí.

8

- Nghiên cứu kiểm chứng các kết quả tính toán bằng thí nghiệm
mô hình thuỷ lực.

Chương 2
PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA DÒNG XIẾT
CONG BA CHIỀU CÓ XÉT ĐẾN HÀM KHÍ

2.1. Các phương trình cơ bản của dòng xiết ba chiều không xét
hàm khí
2.1.1. Phương trình vi phân mặt tự do
Theo L.I.Vưxôtxki, phương trình vi phân mặt tự do của dòng
chảy cong không gian trong hệ toạ độ trụ trực giao sy
1
z (hình 2.1) như
sau:
( )







2
2
2
2
2
hzz2
1
s
z
1
s
z
ds
yd
ds
dy
s
z
y
z
tg
s
z

(2-3)
Để thuận lợi cho việc tính toán, đưa miền tích phân về một miền chữ
nhật. Nếu chiều dài s của mặt bằng một đường dòng bất kỳ tính từ trục y
được biểu thị qua chiều dài s
*
của đường dòng đã biết (nếu là đường dòng


∏
+
∂∂+
∂
∂
+
∂
∂
−
∂
∂
=
∂
∂
1
/
.
2
2
2
k
k
k
k
szF
s
z
D
s

z
F
s
z
D
s
z
C
s
z
BAzz
k
k
k
k
n
n














∂
−
∂
∂
+=
∫
1
2
2
2
*
*

(2-10)
Trong đó: z
*
= z
*
(s
*
)
n=n*
là hàm bất kỳ của s
*
, phải thoả mãn các
điều kiện biên từ việc mô tả mặt cắt dọc của đường dòng biên.
2.2.2. Phương trình phân bố áp suất
Phương trình phân bố áp suất trong dòng chảy cong không gian:

∫

0
22
0
sin
2
cos
β
ββρρ
(2-20)
2.2.3. Phương trình liên tục
Phương trình liên tục đối với tia dòng cong không gian:

2222
1111
12
coscos
coscos
.
bv
bv
hh
δαβ
δαβ
δδ
=
(2-25)
2.2.4. Phương trình Bec-nu-li
ms
h
g

o
= p
a

+ ∆p = const, trong đó ∆p xét đến ảnh hưởng của lớp bên trên mặt
phân chia (lớp khí-nước).
3- Theo giả thiết 2, biên giới phần trên và phần giữa của dòng
hàm khí có thể coi là mặt tự do qui ước của dòng hàm khí. Các đường
dòng mặt tự do được giả thiết là nằm trên mặt tự do qui ước.
2.3.2. Các phương trình của dòng xiết ba chiều có xét hàm khí
Với dòng chảy có hàm khí, ρ
hk
là một đại lượng thay đổi theo vị
trí của điểm xét. Theo đó, các phương trình đã viết cho dòng chảy
không hàm khí nếu có chứa đại lượng mật độ chất lỏng (ρ) thì cần có
sự điều chỉnh tương ứng. Kết hợp với các định nghĩa về độ tập trung
khí, độ tập trung nước và quan hệ giữa các đại lượng, qua các biến đổi
cần thiết dẫn ra được các phương trình như dưới đây.
2.3.2.1. Phương trình phân bố áp suất trong dòng chảy

∫






⋅
++


2.3.2.2. Phương trình liên tục
Hh
S
S
h
1
1
1
2
1
2
δδ
−
−
=
, (2-40)
2.4. Kết luận chương 2
1. Dòng xiết ba chiều có những đặc điểm khác biệt so với dòng
xiết hai chiều như: qui luật phân bố áp suất trong dòng chảy không
tuân theo qui luật thuỷ tĩnh; thành phần lưu tốc và gia tốc theo hướng
pháp tuyến với trục dòng chảy là đáng kể và không thể bỏ qua trong
tính toán.
2. Tính toán thuỷ lực dòng xiết ba chiều trong trường hợp không
có hàm hàm khí có thể thực hiện được trên cơ sở các phương trình
sau: Phương trình vi tích phân mặt tự do (2-10); Phương trình phân bố
áp suất trong dòng chảy (2-20); Phương trình liên tục (2-25); Phương

11
trình Becnuli (2-28).
3. Trường hợp dòng chảy có xét đến hàm khí, trên cơ sở các giả

2
1
dyeSS
y
p
∫






−
Π
−−=
σ
σ
(3-12)
+ Mật độ hàm khí trong miền nước-khí (h<h
p
):










b
) và mức độ xiết của dòng chảy (trị số Fr).
Vì vậy, cần thiết phải tính toán cho các dòng xiết 3 chiều có các đặc trưng
hình học và thuỷ lực khác nhau để có thể khái quát hết mức độ phụ thuộc của
phân bố hàm khí vào các đặc trưng này nhằm đưa ra qui trình tính toán thích
hợp.
3.2.2. Sơ đồ tính toán, kết quả tính toán và nhận xét
Tính toán phân bố hàm khí trên dốc nước cho công trình Hồ chứa
nước Tả Trạch, tỉnh Thừa Thiên Huế. Mục đích tính toán nhằm làm rõ
quan hệ S = f(Fr, σ
h
, σ
b
). Một số kết quả tính toán quan hệ S∼Fr, σ
h
thể
hiện trên hình 3.5÷3.7, quan hệ S∼Fr, σ
b
thể hiện trên hình 3.8÷3.9.
Từ các kết quả tính toán rút ra một số nhận xét:
1) Trị số của S giảm rất nhanh theo chiều sâu dòng chảy. Với các
dòng chảy có trị số Fr không lớn thì vùng hàm khí chỉ tập trung ở gần
mặt thoáng. Khi trị số Fr tăng, vùng hàm khí có xu hướng mở rộng về
phía đáy lòng dẫn.
2) Với các trị số lớn (khoảng Fr>60) thì sự thay đổi của S dọc
theo chiều dài đường dòng trong phạm vi mũi phun là không đáng kể.
Khi đó ứng với mỗi trị số σ
b
, quan hệ S∼σ
h

lấy theo mặt cắt cuối dốc nước.
4) Tính chiều dài phun xa, chiều dài vết làn nước rơi, chiều sâu hố xói.
3.5. Chương trình tính toán
Trên cơ sở thuật toán tính thuỷ lực dòng xiết cong ba chiều, tác
giả đã lập chương trình tính toán FLOW 3D được viết bằng ngôn ngữ
lập trình hiện đại Visual Studio, chạy trong môi trường Windows có
giao diện dễ sử dụng và có khả năng phổ cập cao. Việc kiểm chứng
bằng thí nghiệm mô hình thuỷ lực cho thấy chương trình có độ chính
xác đạt yêu cầu kỹ thuật và có thể sử dụng để tính toán trong thực tế.
3.6. Kết luận chương 3
1. Khi tính toán thuỷ lực điều khiển dòng xiết ba chiều đối với
trường hợp dòng chảy có xét đến hàm khí sử dụng hệ các phương
trình (2-10), (2-28), (2-35), (2-40).
2. Về ảnh hưởng của các yếu tố đến phân bố hàm khí trong dòng
xiết đều:
- Trị số của S giảm rất nhanh theo chiều sâu dòng chảy. Với các
dòng chảy có trị số Fr không lớn thì vùng hàm khí chỉ tập trung ở gần
mặt thoáng. Khi trị số Fr tăng, vùng hàm khí có xu hướng mở rộng về
phía đáy lòng dẫn.
- Với các trị số Fr>60 thì sự thay đổi của S dọc theo chiều dài
đường dòng trong phạm vi mũi phun là không đáng kể. Với các trị số
Fr<60 thì dạng của biều đồ S∼σ
h
thay đổi rõ rệt hơn theo trị số Fr.
- Ứng với mỗi trị số Fr xác định thì sự thay đổi của S dọc theo
đường dòng và chiều sâu rất ít phụ thuộc vào σ
b
(đường quan hệ S∼σ
b


kk
= 90°.
- Độ sâu dòng chảy giảm dần dọc theo chiều dài mũi phun, nhưng
trong mặt cắt ngang thì phân bố khá đều, đến gần sát biên thì giảm.
- Độ cong của đường mặt nước tại các mặt cắt ngang càng về cuối
càng tăng.
- Vận tốc tăng dần theo chiều dọc và đạt giá trị lớn nhất tại vị trí thấp
nhất của mặt cắt dọc, sau đó giảm dần về cuối. Trong mặt cắt ngang vận
tốc phân bố khá đều ở khoảng giữa và giảm dần ở khu vực sát biên.
- Sự biến thiên của số Fr theo phương dọc và phương ngang gần giống
như sự biến thiên của vận tốc.

15
- Áp suất không tuân theo qui luật thuỷ tĩnh, trị số cột nước áp lực tại
một điểm lớn hơn chiều sâu dòng chảy tại điểm đó. Theo chiều dọc áp suất
tăng nhanh và giảm dần ở gần cuối mũi phun. Theo phương ngang chúng
tăng dần vào giữa , ở khu sát biên giá trị giảm hẳn.
4.2.2. Ảnh hưởng của các thông số hình học của mũi phun
Kết quả xem bảng 4.2 ÷ 4.5.
4.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm khí đến các thông số thuỷ lực
Một số kết quả tính toán thể hiện trên hình 4.23, 4.28 và 4.38. Từ kết
quả tính toán cho phương án mũi phun phát tán của đường tràn XêKaMan3
với trị số Frut trên mũi phun trong khoảng Fr=40
÷
60 cho thấy, so với
trường hợp không xét hàm khí thì:
- Cao độ đáy mũi phun yêu cầu thấp hơn, trị số hạ thấp nhiều nhất
ở đoạn đầu và giảm dần theo chiều dài mũi phun. Mức độ hạ thấp tỷ lệ
với độ xiết của dòng chảy (số Frút).
- Độ sâu dòng chảy lớn hơn, chiều cao thành lòng dẫn yêu cầu

3. Việc tăng độ mở của mũi phun trên mặt bằng lên λ>2 thường
làm tăng nhanh chiều dài yêu cầu của mũi phun, trong khi hiệu quả
đạt được về giảm xói hạ lưu là không tương xứng.
4. Mức độ mở rộng trên mặt bằng của mũi phun gia tăng mạnh
nhất ở đoạn cuối của nó. Vì vậy, với một trị số λ xác định, việc giảm
trị số góc mở rộng trên mặt bằng xuống α
kk
<45° sẽ làm cho chiều dài
mũi phun tăng nhanh, dẫn đến tăng khối lượng công trình.
5. Độ dốc tại mặt cắt đầu của mũi phun phải lấy bằng độ dốc của
dốc nước (i). Với dốc nước đủ dài thì trị số của i sẽ quyết định mức
độ chảy xiết ở cuối dốc, tức đầu mũi phun. Còn với một mức độ chảy
xiết (trị số Fr) ở mặt cắt đầu xác định thì hình dạng và kích thước trên
mặt bằng của mũi phun không phụ thuộc vào độ dốc i; cao độ đáy
mũi phun giảm khi i tăng. Ngoài ra mức độ ảnh hưởng của độ dốc i
đối với chiều dài phun xa, chiều sâu hố xói là không nhiều.
6. Trị số của góc hắt β
kk
không ảnh hưởng đến hình dạng và kích
thước của mũi phun trên mặt bằng, nó chỉ ảnh hưởng đáng kể đến độ
cong theo phương dọc ở đoạn cuối mũi phun. Khi β
kk
<30° thì sự phụ
thuộc của chiều dài phun xa L
r
, chiều dài vết nước rơi ở đáy hạ lưu L
v

và chiều sâu hố xói d
x

NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH THUỶ LỰC
ĐIỀU KHIỂN DÒNG XIẾT TRÊN MŨI PHUN
PHÁT TÁN CÓ XÉT HÀM KHÍ

5.1. Thiết kế mô hình
Mô hình thí nghiệm là mô hình chính thái theo tiêu chuẩn Froude,
tỉ lệ λ
l
được chọn là tỉ lệ nhỏ nhất mà điều kiện phòng thí nghiệm cho
phép, thoả mãn điều kiện giá trị số Reynolds trên mô hình (Re
m
)
không bé hơn trị số giới hạn (Re
m
> Re
gh
), bảo đảm cho dòng chảy ở
mô hình là dòng chảy rối thuộc khu sức cản bình phương. Trên cơ sở
đó tỷ lệ mô hình đã được chọn λ
l
= 64.
Vật liệu làm mô hình được chọn trên cơ sở bảo đảm tương tự về
độ nhám trên các bề mặt kết cấu công trình tiếp xúc với nước tương
ứng. Xuất phát từ đó đã chọn vật liệu chế tạo các phần kết cấu mô
hình như sau: Đối với mặt bê tông rất nhẵn, chất lượng thi công cao
như mặt đập tràn, dốc nước và mũi phun: dùng kính hữu cơ; Đối với
lòng sông tự nhiên, kênh đào trong đá: dùng vữa xi măng cát mịn trát
bình thường, tùy vị trí; Đối với vật liệu thí nghiệm xói: Trong luận án
này không đặt trọng tâm về nghiên cứu xói hạ lưu mũi phun, cho nên
khi thí nghiệm chưa xét đến tương tự đầy đủ mô hình xói, mà chỉ thực

tử nói trên.
5.3. Đánh giá sai số đối với kết quả đo
Sai số về lưu lượng: 2%; Sai số về áp suất: 1÷3%; Sai số về vận
tốc:2÷3%; Sai số về cao độ, mực nước: không vượt quá 0.15m thực tế.
5.4. Các sê-ri thí nghiệm và biện pháp cấp khí
- Đối với mũi phun phát tán tiến hành cho hai phương án độ dốc i =
0,3; 0,4.
- Với mỗi phương án độ dốc, thí nghiệm cho cả hai trường hợp có và
không có hàm khí, với 3 cấp lưu lượng.
- Đối với mũi phun hình trụ chỉ tiến hành cho phương án độ dốc i =
0,4 và không có hàm khí.
Để mô phỏng hiện tượng hàm khí trong dòng chảy, đã sử dụng biện
pháp bơm không khí vào trong dòng chảy đang xét. Lưu lượng không khí
bơm vào trong dòng chảy được xác định trên cơ sở tính toán mức độ hàm
khí (độ tập trung khí) trong dòng chảy. Việc cấp khí được thực hiện bằng 1
máy nén khí, thông qua hệ thống ống dẫn và 17 đầu ra của khí được gắn

19
vào đáy dốc nước (đầu mũi phun) tại mặt cắt 0-0. Lưu lượng khí được xác
định thông qua dụng cụ đo vận tốc khí.
5.5. Kết quả thí nghiệm
Kết quả thí nghiệm cho 2 phương án độ dốc trong trường hợp có
xét và không xét hàm khí được trình bày trên hình 5.11 ÷ hình 5.34.
5.5.1. So sánh kết quả thí nghiệm và tính toán
1) Độ sâu dòng chảy đo được tại các mặt cắt trên mũi phun ở mô
hình có trị số lớn hơn so với trị số tính toán tương ứng, sai số về độ
sâu cụ thể như sau :
- Khi không xét hàm khí ∆h
max
= 4.64% với i= 0.3 và 5.84% với i=0.4.

- Vận tốc dòng chảy giảm từ 0
÷
7.5%
- ¸p suất giảm từ 2
÷
7.7%

20
- Dòng chảy có độ xiết càng cao (độ dốc đáy lớn) thì mức độ
chênh lệch các thông số thủy lực càng lớn.
5.5.3. Về ảnh hưởng của hàm khí đến chiều dài phun xa và chiều sâu
hố xói
Kết quả thí nghiệm cho thấy, khi xét đến hàm khí, chiều dài phun xa
giảm xuống khoảng từ 5,5 ÷ 8,5%. Trong khi đó, hố xói đều hơn và chiều
sâu hố xói giảm khoảng 4,5÷7,2%.
5.6. Kết luận chương 5
1. Do việc thiết kế kết cấu tiêu năng dạng mũi phun phát tán phải
trải qua một quá trình tính toán phức tạp và áp dụng một số giả thiết
gần đúng nên cần phải tiến hành nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy
lực để kiểm chứng kết quả tính toán và đưa vào những hiệu chỉnh khi
cần thiết.
2. Kết quả quan trắc từ các sê-ri thí nghiệm cho thấy, dòng chảy 3
chiều trên mũi phun phát tán thoả mãn được các tiền đề của bài toán :
dòng chảy bám sát thành (không có tách dòng), đường mặt nước
không có đột biến tại vị trí chuyển tiếp từ dốc vào mũi phun, dòng
chảy phóng xuống hạ lưu theo hình rẻ quạt trên mặt bằng, đảm bảo
mức độ phát tán gần tương tự như tính toán.
3. Kết quả đo đạc các thông số thuỷ lực trong các sê-ri thí nghiệm
và đối chiếu với kết quả tính toán từ mô hình số (chương 4) cho thấy :
- Chiều sâu dòng chảy trong thí nghiệm hơi thiên lớn hơn so với

lập thành một hệ khép kín để giải bài toán về dòng chảy xiết ba chiều
có xét đến hàm khí.
3. Trên cơ sở phương pháp bán thực nghiệm về xác định giới hạn
hàm khí, xác định phân bố độ hàm khí trong dòng chảy hở, luận án đã
thiết lập thuật toán và tiến hành tính toán nghiên cứu ảnh hưởng của
các yếu tố khác nhau đến sự phân bố hàm khí trong dòng chảy.
4. Từ các phương trình (2-10), (2-28), (2-35), (2-40) và những nhận
xét về qui luật phân bố độ tập trung khí trong dòng chảy có độ xiết cao
trên mũi phun, luận án đã thiết lập được thuật toán và chương trình
FLOW 3D tính toán thuỷ lực dòng xiết ba chiều trên mũi phun phát tán
có xét đến hàm khí. Chương trình được viết trên ngôn ngữ hiện đại
Csharp trong môi trường Windows, có giao diện thân thiện, dễ sử dụng
và có khả năng phổ cập cao, có thể dễ dàng xem xét được nhiều phương
án mũi phun cuối dốc nước để tìm phương án tối ưu.

22
5. Với chương trình FLOW 3D lập được, luận án đã tiến hành
nghiên cứu ảnh hưởng của hàm khí đến các thông số thuỷ lực điều
khiển dòng xiết. Đã xác định được rằng so với mô hình tính toán cũ
(không xét hàm khí) thì việc xét đến hàm khí ở dòng chảy xiết mạnh
trên mũi phun phát tán cho kết quả :
- Cao độ đáy mũi phun yêu cầu thấp hơn, trị số hạ thấp nhiều nhất
ở đoạn đầu và giảm dần theo chiều dài mũi phun. Mức độ hạ thấp tỷ lệ
với độ xiết của dòng chảy (số Frút).
- Chiều cao lòng dẫn yêu cầu lớn hơn.
- Áp suất thuỷ động tại đáy lòng dẫn giảm, điều này cần được lưu
ý khi tính toán kiểm tra khả năng khí thực bề mặt lòng dẫn.
6. Luận án đã tiến hành thí nghiệm mô hình thuỷ lực theo số liệu
của công trình tháo nước XêKaMan 3 với các phương án độ dốc đáy
khác nhau (i=0,3; i=0,4); độ mở rộng của mũi phun λ=2; góc loe cuối