Thanh bên bài viết

pdf
Số xuất bản: Số 86 (2026): Số 86 (04/2026)
Chuyên mục: KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI
DOI: 10.65154/jmst.1008
Ngày xuất bản: 30/04/2026
Lượt xem 0
Lượt tải xuống 0
Trích dẫn bài báo
Trịnh Công, T. (2026). PHÂN TÍCH CẤU TRÚC XOÁY VÀ HIỆU QUẢ TIÊU NĂNG CỦA NỀN NHÁM LĂNG TRỤ TAM GIÁC VUÔNG ĐỐI VỚI NƯỚC NHẢY TỰ DO DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP SỐ. Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải, 86, 66-76. https://doi.org/10.65154/jmst.1008
Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC XOÁY VÀ HIỆU QUẢ TIÊU NĂNG CỦA NỀN NHÁM LĂNG TRỤ TAM GIÁC VUÔNG ĐỐI VỚI NƯỚC NHẢY TỰ DO DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP SỐ

Trịnh Công Tý1,
1 Khoa Xây dựng Công trình thủy, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội

Nội dung chính của bài viết

Tóm tắt

Nước nhảy là cơ chế tiêu tán năng lượng quan trọng trong dòng chảy kênh hở, hiệu quả tiêu năng có thể được cải thiện đáng kể thông qua việc sử dụng các dạng đáy nhám được thiết kế riêng biệt. Trong số các dạng đáy nhám hiện có, nền nhám lăng trụ tam giác vuông tạo ra hiện tượng tách dòng mạnh và hình thành các cấu trúc xoáy phức tạp. Tuy nhiên, mối liên hệ cơ học giữa cấu trúc xoáy, động năng rối và quá trình tiêu tán năng lượng của nước nhảy trên loại nền nhám này vẫn chưa được làm rõ một cách hệ thống. Do vậy, nghiên cứu này sử dụng dữ liệu mô phỏng động lực học chất lỏng (CFD) đã được kiểm chứng để khảo sát, phân tích và đánh giá sự hình thành cấu trúc xoáy, tương tác của dòng chảy với đáy nhám và quá trình tiêu tán động năng rối trong nước nhảy tự do trên nền nhám lăng trụ tam giác vuông. Kết quả góp phần làm sáng tỏ cơ chế tiêu năng tăng cường do đáy nhám chi phối, đồng thời cung cấp cơ sở khoa học cho việc tối ưu thiết kế bể tiêu năng trong các công trình thủy lợi và thoát nước.

Abstract

Hydraulic jumps play a fundamental role in energy dissipation in open-channel flows, and their energy dissipation efficiency can be substantially enhanced by employing appropriately designed rough beds. Among various roughness configurations, right triangular prismatic rough beds are known to induce intense flow separation and generate highly complex vortex structures. Nevertheless, the underlying mechanical relationship between vortex dynamics, turbulent kinetic energy dissipation, and the overall energy dissipation of hydraulic jumps over such rough beds has not yet been systematically clarified. In this study, validated computational fluid dynamics (CFD) simulations are employed to investigate the formation and evolution of vortex structures, the interaction between the flow and the rough bed geometry, and the associated turbulent kinetic energy dissipation in free hydraulic jumps over right triangular prismatic rough beds. The findings provide new insights into the roughness-dominated energy dissipation mechanism and establish a scientific basis for the optimized design of energy dissipation basins in hydraulic and drainage engineering applications.

Keywords: Free hydraulic jump, right triangular prism rough beds, vortex structure, energy dissipation, stilling basin.

Từ khóa

Nước nhảy tự do, nền nhám lăng trụ tam giác vuông, cấu trúc xoáy, tiêu tán năng lượng, bể tiêu năng

Chi tiết bài viết

Thông tin về tác giả

TS Trịnh Công Tý, Khoa Xây dựng Công trình thủy, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội

 

 

Tài liệu tham khảo

[1] W. H. Hager (1992). Energy Dissipators and Hydraulic Jump. Kluwer Academic Publishers.
[2] Nguyễn Văn Cung và nnk (2015). Công trình tháo lũ trong đầu mối hệ thống thủy lợi. Nhà xuất bản Xây dựng.
[3] H. Rouse, T. Siao, and S. Nagaratnam, (1958). Turbulence characteristics of the hydraulic jump. Journal of the Hydraulics Division, vol. 84, no. 1, pp. 1-30.
[4] N. Rajaratnam (1967). Hydraulic jumps. Advances in hydroscience, vol. 4: Elsevier, pp. 197-280.
[5] A. O. Akan (2006). Open Channel Hydraulics. Elsevier.
[6] S. Kucukali and H. Chanson (2008). Turbulence measurements in the bubbly flow region of hydraulic jumps. Experimental Thermal and Fluid Science, vol. 33, no. 1, pp. 41-53. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2008.06.012
[7] H. Chanson (2011). Hydraulic jumps: turbulence and air bubble entrainment. La Houille Blanche, no. 3, pp. 5-16. https://doi.org/10.1051/lhb/2011026
[8] H. Wang (2014). Turbulence and air entrainment in hydraulic jumps. PhD thesis.
[9] H. S. Kim, S. Choi, M. Park, and Y. Ryu (2023). Flow turbulence and pressure fluctuations in a hydraulic jump. Sustainability, vol. 15, no. 19, pp. 1-16. https://doi.org/10.3390/su151914246
[10] A. Witt, J. Gulliver, and L. Shen (2015). Simulating air entrainment and vortex dynamics in a hydraulic jump. International Journal of Multiphase Flow, vol. 72, pp. 165-180. https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2015.02.012
[11] V. Jesudhas, R. Balachandar, V. Roussinova, and R. Barron (2018). Turbulence characteristics of classical hydraulic jump using DES. Journal of Hydraulic Engineering, vol. 144, no. 6. https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0001427
[12] T. C. Trieu and T. C. Ty (2023). Prediction of the Vortex Evolution and Influence Analysis of Rough Bed in a Hydraulic Jump with the Omega-Liutex Method. Tehnicki vjesnik - Technical Gazette, vol. 30, no. 6, pp. 1761-1768, doi: 10.17559/tv-20230206000327.
[13] T. C. Ty (2023). Effects of right triangular and rectangular prism rough beds on hydraulic jumps using the CFD Method. PhD thesis, Sichuan University.
[14] S. Ead and N. Rajaratnam (2002). Hydraulic jumps on corrugated beds. Journal of Hydraulic Engineering, vol. 128, no. 7, pp. 656-663, doi:10.1061/(ASCE)07339429(2002)128:7(656).
[15] N. D. Tokyay (2005). Effect of channel bed corrugations on hydraulic jumps. In Impacts of Global Climate Change, pp. 1-9.
[16] F. Izadjoo and M. Shafai-Bejestan (2007). Corrugated bed hydraulic jump stilling basin. Journal of Applied Sciences, vol. 7, no. 8, pp. 1164-1169, doi: 10.3923/jas.2007.1164.1169.
[17] A. Abbaspour, A. H. Dalir, D. Farsadizadeh, and A. Sadraddini (2009). Effect of sinusoidal corrugated bed on hydraulic jump characteristics. Journal of Hydro-environment Research, vol. 3, no. 2, pp. 109-117, doi: https://doi.org/10.1016/j.jher.2009.05.003.
[18] A. Abbaspour, D. Farsadizadeh, A. H. DALIR, and A. A. SADRADDINI (2009). Numerical study of hydraulic jumps on corrugated beds using turbulence models. Turkish Journal of Engineering and Environmental Sciences, vol. 33, no. 1, pp. 61-72, doi: 10.3906/muh-0901-7.
[19] M. S. Bejestan and K. Neisi (2009). A new roughened bed hydraulic jump stilling basin. Asian journal of applied sciences, vol. 2, no. 5, pp. 436-445, doi: 10.3923/ajaps.2009.436.445.
[20] I. H. Elsebaie and S. Shabayek (2010). Formation of hydraulic jumps on corrugated beds. International Journal of Civil Ƭ Environment al Engineering IJCEE–IJENS, vol. 10, no. 1, pp. 37-47.
[21] H. Samadi-Boroujeni, M. Ghazali, B. Gorbani, and R. Fattahi Nafchi (2013). Effect of triangular corrugated beds on the hydraulic jump characteristics. Canadian Journal of Civil Engineering, vol. 40, no. 9, pp. 841-847, doi: https://doi.org/10.1139/cjce-2012-0019.
[22] S. A. JALIL, S. A. SARHAN, and S. M. ALI (2017). Characteristics of hydraulic jump on a striped channel Bed. Journal of Duhok University, pp. 654-661, doi: 10.26682/sjuod.2017.20.1.57.
[23] S. Gu, F. Bo, M. Luo, E. Kazemi, Y. Zhang, and J. Wei (2019). SPH Simulation of Hydraulic Jump on Corrugated Riverbeds. Applied Sciences, vol. 9, no. 3, pp. 1-28, doi: 10.3390/app9030436.
[24] A. Ghaderi, M. Dasineh, F. Aristodemo, and A. Ghahramanzadeh (2020). Characteristics of free and submerged hydraulic jumps over different macroroughnesses. Journal of Hydroinformatics, vol. 22, no. 6, pp. 1554-1572, doi: 10.2166/hydro.2020.298.
[25] T. C. Ty, Z. J. Min, and T. C. Trieu (2024). Influence of Right Triangular Prism Rough Beds on Hydraulic Jumps. Applied Sciences, vol. 14, no. 2, pp. 1-19, doi: https://doi.org/10.3390/app14020594.
[26] T. C. Ty, T. C. Trieu (2025). Numerical and analysis effects of rectangular prism rough beds on hydraulic jumps in open channels. AIP Advances, vol. 15, no. 7, pp. 1 - 10 , doi: https://doi.org/10.1063/5.0267793.
[27] Trịnh Công Tý và nnk (2022). Mô phỏng và phân tích diễn tiến cấu trúc xoáy trong nước nhảy trên đáy nhám sử dụng phương pháp Liutex/Rortex. Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ XI, pp. 374-382.
[28] J. Jeong and F. Hussain (1995). On the identification of a vortex. Journal of fluid mechanics, vol. 285, pp. 69-94.
[29] C. Liu et al.(2019). Third generation of vortex identification methods: Omega and Liutex/Rortex based systems. Journal of Hydrodynamics, vol. 31, no. 2, pp. 205-223, doi: 10.1007/s42241-019-0022-4.
[30] V. Yakhot, S. Orszag, S. Thangam, T. Gatski, and C. Speziale (1992). Development of turbulence models for shear flows by a double expansion technique. Physics of Fluids A: Fluid Dynamics, vol. 4, no. 7, pp. 1510-1520, doi: 10.1063/1.858424.