Bài giảng Thủy năng thủy điện - Chương 8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va

4/4/2013 
1 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
1 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPỒ CHÍ MINH 
KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG 
BỘ MÔN KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƯỚC 
Giảng viên: PGS. TS. NGUYỄN THỐNG 
Email: nthong56@yahoo.fr or nguyenthong@hcmut.edu 
Web:  
 Tél. (08) 38 640 979 - 098 99 66 719 PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
2 
Chương 1 : Tổng quan. 
Chương 2 : Tài nguyên nước và quy hoạch 
 khai thác 
Chương 3 : Các phương pháp khai thác năng 
 lượng nước. 
Chương 4 : Điều tiết hồ chứa thuỷ điện. 
Chương 5 : Đập dâng & công trình tháo lũ. 
Chương 6 : Công trình lấy nước và dẫn nước. 
Chương 7 : Tháp (giếng) điều áp. 
Chương 8 : Đường ống áp lực & hiện tượng 
 nước va. 
Chương 9 : Nhà máy Thuỷ điện. 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
3 
ĐƯỜNG ÁP LỰC & 
HIỆN TƯỢNG NƯỚC VA 
1. Tổng quát. 
2. Hiện tượng nước va trong 
đường ống áp lực. 
3. Biện pháp giảm áp lực nước va. 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
4 
TỔNG QUÁT 
Đường ống áp lực là công trình nối giữa 
cuối đường dẫn nước đến nhà máy. 
Đường ống chịu áp lực nước bên trong 
đường ống. 
- CTLN Kênh dẫn Bể áp lực 
Đường ống Nhà máy. 
- CTLN Đường hầm có áp Giếng điều 
áp (tháp điều áp) Đường ống Nhà 
máy. 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
5 
PHÂN LOẠI 
Theo vị trí xây dựng: 
 Đường ống áp lực kiểu hở. 
 Đường ống áp lực kiểu 
ngầm. 
 Đường ống áp lực kiểu hổn 
hợp (hở +ngầm). 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
6 
 D=3,5m, L=9065m 
i=0,0061 
Đường ống áp lực 
(kiểu hở) NM 
4/4/2013 
2 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
7 
LOAL = 1866m 
Dống chính = 2,6m 
Dống nhánh = 1,6m 
NHÀ VAN 
NHÀ MTĐ 
GIẾNG 
ĐIỀU ÁP 
KÊNH XẢ 
32 
ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC NỬA NGẦM 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
8 
Đường ống áp lực 
Đập tràn 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
9 
ĐƯỜNG 
ỐNG 
ÁP LỰC 
HỞ 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
10 
THI CÔNG 
ĐƯỜNG ỐNG 
ÁP LỰC 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
11 
THI CÔNG 
ĐƯỜNG ỐNG 
ÁP LỰC 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
12 
THI CÔNG 
ĐƯỜNG ỐNG 
ÁP LỰC e=12mm
 35mm 
4/4/2013 
3 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
13 
ĐƯỜNG 
ỐNG BÊ 
TÔNG NGẦM 
BỌC 
THÉP 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
14 
Đường 
ống 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
15 
CHẾ ĐỘ THUỶ LỰC 
Khi NM vận hành bình thường 
dòng chảy trong ĐÔAL là có áp 
và ổn định. 
Khi NM thay đổi trạng thái đột ngột 
(tăng tải, cắt tải) dòng chảy 
quá độ (transient). 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
16 
CHẾ ĐỘ THUỶ LỰC 
KHÔNG ỔN ĐỊNH DÒNG CHẢY 
QUÁ ĐỘ 
Xảy ra khi Đóng (mở) van 
trên đường ống với tốc độ 
nhanh thay đổi nhanh 
chóng vận tốc (lưu lượng) 
trong ống. 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
17 
GiẢI THÍCH HIỆN TƯỢNG 
 Trong trường hợp đó mỗi đoạn 
dòng chảy (vi phân) trong ống chịu 
sự thay đổi áp suất và vận tốc khác 
nhau theo từng thời điểm hiện 
tượng truyền sóng áp lực được 
gọi là « NƯỚC VA ». 
 Xem đồ thị minh hoạ ở sau: 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
18 SỰ TRUYỀN SÓNG ÁP LỰC 
Đóng 
van 
Van mở t=0 
4/4/2013 
4 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
19 
NƯỚC VA TRONG ĐƯỜNG ỐNG TUYỆT ĐỐI CỨNG 
HA 
ΔHA 
Mặt chuẩn 
A 
B BỂ CHỨA 
Kênh sau NM 
HA: cột áp tỉnh (mH2O) 
ΔHA: gia số áp suất tại A sinh ra do nước va dương 
o o 
α 
Đường ống 
G 
X 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
20 
THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH 
NƯỚC VA 
(Ống tuyệt đối cứng, NƯỚC 
không NÉN được) 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
21 
Phương trình chuyển động theo phương X (lưu ý 
chiều dương chọn), Newton 2: 
 : khối lượng nước trong đoạn AB. 
 F: tiết diện ống 
 : tổng ngoại lực theo phương X (trục ống). 
x
x
d(mV )
F
dt
 
m FL 
xF
 A A B
dV
LF gF H H H Lsin
dt
(1) 
(1) 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp l ... ong 
e chiều dày thành ống 
thép 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
47 
Thay vào trên ta có: 
a (m/s) Tốc độ 
truyền sóng áp lực. 
Chú ý: Tính giá trị 
nước va trong đường ống đàn hồi: 
e
d
.
E
K
1
a
a 0
)VV(
g
a
H c0 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
48 
Với K của nước ở nhiệt độ bình thường: 
Ta có: a0 =1425 m/s. 
Một số vật liệu ống phổ biến: 
9 22.03*10 /K N m 
Vật liệu Sắt Gang Gang đúc li 
tâm 
Chì 
E/K 100 37 41 9 
4/4/2013 
9 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
49 
Với đường ống bê tông cốt thép: 
 hệ số cốt thép vòng. f diện tích cốt 
thép trên 1m chu vi ống. 
Thông thường =0.015 0.05 
)5.91(e
d
.
E
K
1
K
a
e
f
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
50 
HỆ SỐ ĐÀN HỒI 
Vật liệu E(kG/cm2) Vật liệu E(kG/cm2) 
Thép 
Gang 
Bêtông 
Gỗ 
2.1E+06 
1.0E+06 
2.1E+05 
1.0E+05 
Cao su 
Nước 
Dầu 
20-60 
2.1E+04 
1.35E+04 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
51 
Bài tập: Lưu lượng 25m3/s chảy trong đường 
ống có đường kính 2,5m, dài 1km. 
1. Giả thiết ống tuyệt đối cứng, tính giá trị 
nước va max tại cuối ống khi đóng van 
trong 10’’ (nước không nén được). 
2. Giả thiết ống đàn hồi bằng thép dày 32mm. 
Nước là nén được. Hệ số đàn hồi nước 
K=2.109 N/m2. Tính nước va cuối ống khi 
đóng van tức thời. 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
52 
3. Lấy giá trị nước va câu 2. Khả 
năng chịu lực thép là 
[σ]=75kN/cm2. Lấy hệ số an toàn 2. 
Lấy chiều dày dự phòng 2mm. 
Tính lực dọc chu vi ống sinh ra do 
gia số áp lực nước va kiểm tra 
khả năng chịu lực ống ? 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
53 
PHƯƠNG TRÌNH NƯỚC VA 
TỔNG QUÁT 
 Đường ống đàn hồi. 
 Nước nén được. 
 Van đóng dần dần. 
 Mất năng đường dài (ma sát 
giữa dòng chảy và đường dẫn). 
 Mất năng cục bộ. 
 PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
54 
SƠ ĐỒ TÍNH 
HA 
ΔHA 
Mặt chuẩn 
A 
B Hồ 
Kênh sau NM HA: cột áp tỉnh 
ΔHA: gia số áp lực tại A do nước va 
o o 
α 
1 
1 
2 
2 
X 
H1 
dx 
4/4/2013 
10 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
55 
Áp dụng phương trình lực khối nước trong 
(1-1) và (2-2) theo phương X: 
 (1) 
m= Fdx, Fx: ngoại lực 
Lực tác dụng lên khối nước: 
Lực bản thân phương X: 
x
x
d(mV)
F
dt
 
h
gF dx
x


gFdxsin 
V
dV dt
t


PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
56 
Thay vào p/trình (1): 
z0 : cao độ van so mặt chuẩn. 
z : cao độ mặt cắt khảo sát so mặt chuẩn. 
h+z0+xsin =H 
)sin.( dxdx
x
h
gFdt
t
V
Fdx 




dx
x
xzh
gFdt
t
V
Fdx

 


)sin( 0 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
57 
Từ đó: (2) 
Kết quả trước: 
Xét sự thay đổi áp suất trong dt: 
Sự thay đổi vận tốc: 
V H
g
t x
 
 
0 c
a
H (V V )
g
dx
a
dt
H
H dt
t


V
V dx
x


PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
58 
Thay tất cả vào: 
 (3) 
Hệ phương trình (2) và (3) biểu diễn hiện tượng 
truyền sóng nước va trong ống đàn hồi với 2 ẩn 
số là H và V. 
H a V
dt .dx
t g x
 
 
H a V dx
.
t g x dt
 
 
2H a V
.
t g x
 
 
2
V g H
.
x a t
 
 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
59 
LỜI GiẢI HÊ PT. PHI TUYẾN (2) VÀ (3) 
1. PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG ĐẶC TRƯNG: 
Với V=V(x,t) và H=H(x,t) ta có: 
 và 
Hệ p/t (2) và (3) trở thành: 
(2) (4) 
dV V dx V
dt x dt t
 
 
dH H dx H
dt x dt t
 
 
dV V dx H
g
dt x dt t
 
 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
60 
Từ (3) (5) 
Hệ (4) & (5) cho: 
 (6) 
Phương pháp đường đặc trưng biến (6) 
thành p/t bậc 1 bằng cách xem t/hợp: 
(7) 
2
V g dH H dx
x a dt x dt
  
  
2
2 2
dV 1 dx H g dx dH
g 1 . .
dt a dt x a dt dt
  
 
2
2
1 dx dx
1 0 a
a dt dt
4/4/2013 
11 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
61 
Giả thiết giải pt. [6] trong điều kiện: 
Phương trình [6] trở thành: 
 Đây là phương trình vi phân bậc 1, tách biến 
được và giải dễ dàng khi kết hợp với các điều 
kiện biên của V và H ở hai đầu đường ống. 
0
dt
dx
a
1
1
2
2
dt
dH
a
g
dt
dV
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
62 
(7) Cho phép xác định các đường đặc 
trưng. 
X 0 
t+ 
A B 
X=at+k1 
X=-at+k2 
t 
L 
HỆ ĐƯỜNG ĐẶC TRƯNG 
t+2 
T 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
63 
Trên đường đặc trưng, p/trình (6) trở thành: 
 (7) 
Tích phân p/t trên theo đường đặc trưng 
x =at+k1 với giới hạn t tại A t+ tại B: 
 (8) 
 thời gian để sóng nước va đi từ đầu 
ống này sang đầu ống kia (A B). 
a a
dH dV dQ
g gF
 A B A Bt t t t
a
H H Q Q
gF
  
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
64 
Tích phân p/t (7) dọc theo đường x =-at+k1 trong 
g/hạn t tại B t+ tại A: 
 (9) 
Tương tự cho tất cả các thời đoạn khác: t+ 
t+2; t+2 t+3; ta có: 
 B A B At t t t
a
H H Q Q
gF
  
A B A B
n (n 1) n (n 1)
B A B A
n (n 1) n (n 1)
a
H H Q Q
gF
a
H H Q Q
gF
   
   
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
65 
Dùng các đ/kiện biên và ban đầu, ta có thể 
giải hệ p/trình để xác định giá trị nước va 
tại A. 
Exemple: Giả thiết hồ chứa lớn (mực nước 
không đổi khi có nước va) Ht
B=H0= hằng 
số tại B. Giả thiết lưu lượng qua A biết 
theo thời gian. Giá trị nước va tại A 
thường có dạng tổng quát sau: 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
66 
Ví dụ: Dạng tổng quát giá trị nước va tại A. 
200
300
400
500
600
700
800
900
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
T (s)
H
 (
m
)
Hmax (m)
Tf
Coät nöôùc cuoái oáng aùp 
löïc coù keå nöôùc va 
4/4/2013 
12 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
67 
THIẾT LẬP 
PHƯƠNG TRÌNH 
NƯỚC VA 
TỔNG QUÁT 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
68 
 1 
1 
2 
2 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
69 
2. PHƯƠNG PHÁP SỐ (TỔNG QUÁT): 
Ta có thể sử dụng phương pháp sai phân hữu 
hạn để giải hệ phương trình đạo hàm riêng bậc 
cao phi tuyến biểu thị hiện tượng bước va: 
Phương trình chuyển động: 
 (10) 
 0
2
sin
1




D
VfV
g
x
p
t
V
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
70 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
71 
Phương trình liên tục: 
 (11) 
t, x biến độc lập. 
a tốc độ truyền sóng nước va 
V vận tốc trung bình. 
p áp suất tại tâm mặt cắt. 
D đường kính ống. 
02 




x
V
a
t
p
e
D
E
K
K
a
1
/2 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
72 
Hệ phương trình (10) và (11) cho 
phép xác định 2 ẩn số V và p theo 
thời gian. 
 Sử dụng pp. Sai phân hửu hạn 
 Sử dụng pp. Phần tử hửu hạn 
 Sử dụng pp. Đường đặc trưng 
4/4/2013 
13 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
73 
Ví dụ: Đường ống dài 1850m, đường kính 
thay đổi từ 2,5m 3,0m. Chiều dày 
40mm 20mm. Lưu lượng max 39m3/s, có 
2 tuabin. Ma sat giữa nước và thành có 
f=0,025. Thời gian đóng van 8’’. 
Lời giải bằng phương pháp sai phân tham 
khảo như sau: 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
74 
200
300
400
500
600
700
800
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
T (s)
p
 (
m
H
2
O
)
Cuối ống 
Giữa ống 
NƯỚC VA DƯƠNG 
T 
t 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
75 
200
300
400
500
600
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
T (s)
p
 (
m
H
2
O
)
NƯỚC VA ÂM 
Cuối ống 
Giữa ống 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
76 
DỰ ÁN 
THƯỢNG 
KONTUM 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
77 
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
0 10 20 30 40 50 60
T (s)
p(mH2O)
NƯỚC VA DƯƠNG 
Cột nước áp suất tỉnh 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
78 
700
750
800
850
900
950
1000
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
T (s)
p(mH2O)
NƯỚC VA ÂM 
Cột nước áp suất tỉnh 
4/4/2013 
14 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
79 
TÍNH TOÁN 
NƯỚC VA 
THEO QUY PHẠM 
VIỆT NAM 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
80 
Định nghĩa: 
• T <=tf : nước va trực tiếp. 
• T >tf : nước va gián tiếp. 
T thời gian đóng (mở) van (4’’-12’’). 
tf=2L/a: thời gian truyền sóng nước va trên 
đoạn đường 2L. 
L: chiều dài ống áp lực. 
a: tốc độ truyền sóng nước va 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
81 
a: vận tốc truyền sóng 
NƯỚC VA TRỰC TIẾP 
Giá trị nước va max: 
Định nghĩa hệ số: 
v 0 0 cH H H a(V V ) / g 
0 c
0 0
a(V V )H
H gH

e
d
*
E
K
1
1425
a
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
82 
V0: vận tốc TB dòng chảy trước khi 
đóng van. 
Vc: vận tốc TB dòng chảy sau khi đóng 
van 
HV: áp lực max (mH2O) do nước va + 
cột áp tỉnh. 
H0: cột áp tỉnh. 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
83 
NƯỚC VA DƯƠNG GIÁN TIẾP 
Gọi t thời điểm nước va dương 
max xảy ra: 
 Nếu t <=tf: nước va pha đầu. 
 Nếu t >tf: nước va pha cuối. 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
84 
200
300
400
500
600
700
800
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
T (s)
p
 (
m
H
2
O
)
NƯỚC VA DƯƠNG 
T 
t 
Giá trị max 
4/4/2013 
15 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
85 
Gọi hệ số Allievi: 
Gọi hệ số liên quan đóng van: 
Đặt: 
02
aV
gH


0
H
H

0L2
aT
 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
86 
Có 2 trường hợp: 
- T/h 1: < 1 nước va gián tiếp pha 
đầu. 
Theo Calame-Gaden: 
Từ đó: 
2
1 ( 1)


 
HHHH*H 0V0  
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
87 
- T/h 2: > 1 nước va gián tiếp pha cuối. 
 * Nếu ζ>=50% theo Allievi: 
* Nếu ζ>=50% theo Calame-Gaden: 
* Nếu ζ<50% theo Sparre: 
 2 4
2

   
2
2



1.1  
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
88 
Chú ý 
Sau khi có  ta tính giá trị 
gia tăng áp suất do nước 
va: 
0H.H  
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
89 
NƯỚC VA ÂM 
• Nước va âm cực tiểu pha đầu (t<tf): 
• Nước va âm cực tiểu pha cuối (t>tf): 
• Tính gần đúng khi ζ<50%: 
CHÚ Ý: Giá trị nước va còn phụ thuộc vào loại 
tuabin (francise), thiết bị và quy trình đóng mở 
van. 
2
1



2( 4)
2
  

2
2



PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
90 
Bài tập: Đường ống dài L=850m 
chịu cột nước tỉnh H0=294m. Vận 
tốc TB dòng chảy trong ống 
V=6m/s. Giả thiết a=1100m/s, thời 
gian đóng van 7’’. Tính giá trị 
nước va dương theo QPVN. 
4/4/2013 
16 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
91 
Bài giải: 
( > 1 nước va gián tiếp pha đầu) 
Giá trị nước va lớn nhất cuối ống: 
28.0
2
2



0
1.14
2
aV
gH
 0
1100*7
4.53
2 2*850
at
L
 
1.14
0.25
4.53


m3.82294*28.0HH 0 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
92 
Bài tập: Đường ống áp lực dài 750m, cột nước 
tỉnh H0=200m. Vận tốc trung bình trong ống 
6,5m/s. Giả thiết a=1200m/s, thời gian đóng 
van 8’’. 
a. Nước va gián tiếp hay trực tiếp? 
b. Tính giá trị nước va theo Quy phạm VN. 
c. Đường ống thép có d=2m, [σ] =20kN/cm2. Tính 
chiều dày thành ống để chịu được giá trị cột 
nước HV với hệ số an toàn là 2. 
(Xem ôn ở sau, tính lực dọc CV ống tròn có áp 
suất đều p tác dụng) 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
93 
Bài tập: Giống câu hỏi bài 
tập trước với H0=250m, 
L=750m,V=7m/s, 
a=1000m/s & t=8’’. 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
94 
Ôn: Xác định lực dọc T theo chu vi ống tròn 
bán kính R khi chịu áp suất p phân bố đều 
bên trong: 
p 
R 
T=f(p,R) 
A 
A 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
95 
Bài tập: Hãy dùng phương pháp sai 
phân hiện (xem giải thích sau), lập 
phương trình sai phân và sơ đồ khối 
để giải bài toán nước va được biểu 
diễn bởi hệ phương trình sau (V và H là 
lời giải cần tìm, ống chia thành 2 đoạn 
như nhau). 
Phương trình lực: 
 0
2
sin
1




D
VfV
g
x
p
t
V
 PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
96 
Phương trình liên tục: 
t, x biến độc lập. 
V vận tốc trung bình. 
p áp suất tại tâm mặt cắt. 
D đường kính ống. 
02 




x
V
a
t
p
e
D
E
K
K
a
1
/2 
4/4/2013 
17 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
97 
HƯỚNG DẪN PP. SAI PHÂN CƠ BẢN 
Sơ đồ sai theo thời gian: 
Sai phân tiến 
theo không gian: 
t
ff
t
f ti
1t
i

 
x
ff
x
f ti
t
1i

 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
98 
Sơ đồ sai phân hiện: 
f là hàm cần sai phân. 
 giá trị hàm f tại nút i ở thời điểm mới 
 giá trị hàm f tại nút i+1 ở thời điểm cũ 
2
ff
f
t
i
t
1i 
1t
if
t
1if 
PGS. TS. Nguyễn Thống 
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN 
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 
99 
HẾT