Ảnh hưởng của nền nhám lăng trụ chữ nhật đến trường vận tốc trong nước nhảy tự do

Từ khóa:

nước nhảy tự do
nền nhám lăng trụ chữ nhật
biên dạng vận tốc dòng chủ
cấu trúc dòng chảy gần đáy nhám
hậu xử lý CFD

Tóm tắt:

Nghiên cứu này tập trung làm rõ ảnh hưởng của nền nhám lăng trụ chữ nhật đến đặc trưng trường vận tốc dòng chảy trong khu vực nước nhảy tự do (với số Froude 5,65 £ Fr₁ £ 9,0), thông qua phân tích và hậu xử lý chi tiết các kết quả mô phỏng động lực học chất lỏng (CFD). Mục tiêu nghiên cứu là xác định biên dạng vận tốc dòng chủ, đánh giá phân bố vận tốc gần đáy, phân tích sự dịch chuyển vị trí vận tốc cực đại theo chiều sâu dòng chảy và làm rõ tính không đồng nhất của trường vận tốc dưới tác động của đáy nhám. Kết quả cho thấy nền nhám làm suy giảm đáng kể vận tốc gần đáy, hình thành các vùng vận tốc thấp liên tục dọc theo đáy nhám và thúc đẩy sự phát triển của lớp biên rối. Biên dạng vận tốc chuẩn hóa xuất hiện sai lệch rõ rệt so với trường hợp nền nhẵn, trong khi vị trí vận tốc cực đại có xu hướng dịch chuyển lên cao hơn theo chiều sâu dòng chảy. Trường vận tốc thể hiện sự phân bố không đồng nhất cao, gắn liền với các vùng tách dòng và tái nhập dòng cục bộ xung quanh các phần tử nhám lăng trụ chữ nhật. Những kết quả này cung cấp cách tiếp cận dựa trên trường vận tốc để lý giải cơ chế tiêu năng trong nước nhảy, đồng thời bổ sung cơ sở khoa học định lượng phục vụ thiết kế và tối ưu hóa bể tiêu năng sử dụng nền nhám lăng trụ chữ nhật.

Nội dung:

Tài liệu tham khảo:

[1]  Ty, T. C., Trieu, T. C. (2025). Numerical and analysis effects of rectangular prism rough beds on hydraulic jumps in open channels. AIP Advances, 15(7), 1-10. doi: https://doi.org/10.1063/5.0267793.

[2]  Peterka, A. (1958). Hydraulic Design of Stilling Basins and Energy Dissipators. Engineering Monograph No.

[3]  Hager, W. H. (1992). Energy Dissipators and Hydraulic Jump. Kluwer Academic Publishers.

[4]  Nguyễn Trí Viềng, Trần Văn Cung, Nguyễn Xuân Đặng (2015). Công trình tháo lũ trong đầu mối hệ thống thủy lợi. Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội. https://nxbxaydung.com.vn/cong-trinh-thao-lu-trong-dau-moi-he-thong-thuy-loi-b5745.html.

[5]  Chow, V. (1959). Open channel hydraulics. McGraw-Hill, New York. 

[6]  Rajaratnam, N. (1967). Hydraulic jumps. Advances in hydroscience, 4, 197-280. https://doi.org/10.1016/B978-1-4831-9935-1.50011-2.

[7]  Chanson, H. (2004). Hydraulics of open channel flow. Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-7506-5978-9.X5000-4.

[8]  Rajaratnam, N. (1968). Hydraulic jumps on rough beds. Trans. Eng. Inst. Canada, 11(2), 1-8.

[9]  Ead, S., Rajaratnam, N. (2002). Hydraulic jumps on corrugated beds. Journal of Hydraulic Engineering, 128(7), 656-663. doi: https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(2002)128:7(656).

[10]         Tokyay, N. D. (2005). Effect of channel bed corrugations on hydraulic jumps. Impacts of Global Climate Change,1-9. doi: https://doi.org/10.1061/40792(173)408.

[11]         Abbaspour, A. et al. (2009). Effect of sinusoidal corrugated bed on hydraulic jump characteristics. Journal of Hydro-environment Research, 3(2), 109-117. doi: https://doi.org/10.1016/j.jher.2009.05.003.

[12]         Nikmehr, S., Aminpour, Y. (2020). Numerical Simulation of Hydraulic Jump over Rough Beds. Periodica Polytechnica Civil Engineering, 64(2), 396-407. doi: https://doi.org/10.3311/PPci.15292.

[13]         Ty, T. C. et al. (2024). Influence of Right Triangular Prism Rough Beds on Hydraulic Jumps. Applied Sciences, 14, 1-19. doi: https://doi.org/10.3390/app14020594.

[14]         Abbaspour, A. et al. (2009). Numerical study of hydraulic jumps on corrugated beds using turbulence models. Turkish Journal of Engineering and Environmental Sciences, 33(1), 61-72. doi: 10.3906/muh-0901-7.

[15]         Elsebaie, I. H., Shabayek, S. (2010). Formation of hydraulic jumps on corrugated beds.  International Journal of Civil Ƭ Environment al Engineering IJCEE–IJENS, 10(1), 37-47.

[16]         Ghaderi, A. et al. (2021). Numerical simulations of the flow field of a submerged hydraulic jump over triangular macroroughnesses. Water, 13(5), 1-24. doi: https://doi.org/10.3390/w13050674.

[17]         Ebrahimi, S. et al. (2013).  Numerical study of hydraulic jump on rough beds stilling basins. Journal of Civil Engineering and Urbanism, 3(1), 19-24.

[18]         Kim, H. S. et al. (2023). Flow turbulence and pressure fluctuations in a hydraulic jump. Sustainability, 15(19), 1-16.  https://doi.org/10.3390/su151914246.

[19]              Ruonan, B. et al. (2016). Comparison of ADV and PIV measurements in open channel flows. Procedia Engineering, 154, 995-1001. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.07.588

[20]         Trần Công Triệu, Trịnh Công Tý (2025). Xác định độ sâu liên hợp, chiều dài nước nhảy và ứng suất đáy đối với nước nhảy trên nền nhám lăng trụ chữ nhật bằng mô hình mạng Nơ-ron nhân tạo. Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải, 84, 181-189. doi: https://doi.org/10.65154/jmst.2025.i84.877 

[21]         Samadi-Boroujeni, H. et al. (2013). Effect of triangular corrugated beds on the hydraulic jump characteristics. Canadian Journal of Civil Engineering, 40(9), 841-847. doi: https://doi.org/10.1139/cjce-2012-0019.

[22]         Rajaratnam, N. (1976). Turbulent jets. Elsevier. DOI:10.1017/s0001924000034540.