Thanh bên bài viết
XÁC ĐỊNH CHIỀU DÀI HIỆU QUẢ CỦA NỀN NHÁM TRONG ĐIỀU KIỆN NƯỚC NHẢY ỔN ĐỊNH VÀ TỰ DO BẰNG PHƯƠNG PHÁP CFD (DETERMINATION OF THE EFFECTIVE ROUGH BED LENGTH FOR FREE AND STABLE HYDRAULIC JUMPS USING CFD METHOD)
Nội dung chính của bài viết
Tóm tắt
Nước nhảy là một giải pháp tiêu năng hiệu quả, được ứng dụng rộng rãi trong các công trình thoát lũ và đóng vai trò quan trọng trong bảo vệ hạ lưu công trình. Gần đây, nước nhảy tự do trên nền nhám được quan tâm nghiên cứu nhờ khả năng nâng cao hiệu quả tiêu năng và giảm quy mô bể tiêu năng. Tuy nhiên, việc xác định chiều dài nền bể cần gia cố nhám để bảo đảm sự hình thành nước nhảy hoàn chỉnh vẫn chưa được làm rõ. Nghiên cứu này ứng dụng mô hình Flow-3D, kết hợp mô hình rối RNG k-ε và phương pháp thể tích chất lỏng (VOF), nhằm xác định chiều dài nền nhám hiệu quả đối với nước nhảy hoàn chỉnh. Kết quả nghiên cứu với số Froude đầu vào Fr1 = 6,77 cho thấy chiều dài nền nhám hiệu quả (Ln) bằng 0,8 lần chiều dài nước nhảy trên đáy nhẵn (Ltr), bảo đảm hiệu quả tiêu năng tốt và trạng thái dòng chảy ổn định. Đồng thời, phạm vi cần gia cố đáy nhám nhỏ nhất (Lgc) chỉ khoảng 0,2 đến 0,3 lần Ln; sau phạm vi này, đáy kênh chỉ cần tạo nhám mà không yêu cầu gia cố kết cấu mố nhám phức tạp. Ngoài ra, các kết quả thu được cũng cung cấp cơ sở tham khảo hữu ích cho thiết kế và tối ưu hóa bể tiêu năng trong các công trình thủy cũng như các hạng mục thoát nước trên đường cao tốc vùng đồi núi.
Abstract
A hydraulic jump is an effective energy dissipation solution, widely applied in flood control structures and playing a crucial role in protecting downstream areas. Recently, free-stable hydraulic jumps on rough beds have attracted research interest due to their potential to improve energy dissipation efficiency and reduce the size of stilling basins. However, determining the length of rough beds in the stilling basins zone to ensure the formation of a complete hydraulic jump until now has not been completely resolved. This study applied a Flow-3D model, which combines the RNG k-ε turbulence model and the Volume of Fluid (VOF) method, to determine the effective rough bed length for a complete hydraulic jump. The study results, with an input Froude number Fr1 = 6,77, show that the effective rough bed length (Ln) is equal to 0.8 times the jump length on a smooth bed (Ltr), ensuring good energy dissipation efficiency and stable flow conditions. At the same time, the minimum required rough bed reinforcement range (Lgc) is only about 0.2 to 0.3 times Ln; beyond this range, the channel bed only needs roughening without requiring complex abutment reinforcement. In addition, the results obtained also provide a useful reference basis for the design and optimisation of stilling basins in hydraulic structures, as well as drainage items on highways in hilly areas.
Keywords: Effective length of rough bed, rough bed, hydraulic jump, Computational Fluid Dynamics - CFD.
Từ khóa
Chiều dài hiệu quả của nền nhám, nước nhảy, nền nhám, mô phỏng động lực học chất lỏng-CFD
Chi tiết bài viết
Tài liệu tham khảo
[2] W. H. Hager (1992). Energy Dissipators and Hydraulic Jump. Kluwer Academic Publishers, Water Science and Technology Library, Vol.8.
[3] 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)0733-9429(2002)128:7(656).
[4] 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: 10.3390/app14020594.
[5] F. I. Izadnia 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.
[6] 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.
[7] I. H. Elsebaie and S. Shabayek (2010). Formation of hydraulic jumps on corrugated beds, International Journal of Civil & Environmental Engineering (IJCEE-IJENS), Vol.10, No.1, pp.40-50.
[8] H. Samadi-Boroujeni, M. Ghazali, B. Gorbani, and R. F. 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: 10.1139/cjce-2012-0019.
[9] 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.
[10] S. Nikmehr and Y. Aminpour (2020). Numerical Simulation of Hydraulic Jump over Rough Beds, Periodica Polytechnica Civil Engineering, Vol.64, No.2, pp.396-407.
doi: 10.3311/ppci.15292.
[11] T. C. Ty, P. Q. Anh và N. K. Ly (2025). Ứng dụng mạng nơ-ron nhân tạo dự đoán đặc trưng nước nhảy trên đáy nhám lăng trụ tam giác vuông, Tạp chí Vật liệu và Xây dựng - Bộ Xây dựng, Vol.15, No. 02, pp.155-160.
doi: 10.54772/jomc.02.2025.888.
[12] T. C. Ty and 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, p. 075122, pp.1-10.
doi: 10.1063/5.0267793.
[13] 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.1-18.
doi: 10.3390/app9030436.
[14] M. Dasineh, A. Ghaderi, M. Bagherzadeh, M. Ahmadi, and A. Kuriqi (2021). Prediction of hydraulic jumps on a triangular bed roughness using numerical modeling and soft computing methods, Mathematics, Vol.9, No.23, pp. 1-24.
doi: 10.3390/math9233135.
[15] A. Ghaderi, M. Dasineh, F. Aristodemo, and C. Aricò (2021). Numerical simulations of the flow field of a submerged hydraulic jump over triangular macroroughnesses, Water, Vol.13, No.5, pp. 1-24.
doi: 10.3390/w13050674.
[16] Flow Science Inc. (2016). FLOW-3D V 11.2 User’s Manual. Santa Fe, NM, USA.
[17] B. E. Launder and D. B. Spalding (1974). The numerical computation of turbulent flows, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol.3, No.2, pp.269-289.
[18] V. Yakhot and S. A. Orszag (1986). Renormalization group analysis of turbulence. I. Basic theory, Journal of Scientific Computing, Vol.1, No.1, pp.3-51.
[19] C. W. Hirt and B. D. Nichols (1981). Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries, Journal of Computational Physics, Vol.39, No.1, pp.201-225.
doi: 10.1016/0021-9991(81)90145-5.
[20] 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: 10.1016/j.jher.2009.05.003.
Các bài báo được đọc nhiều nhất của cùng tác giả
- TS Trịnh Công Tý, 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: Số 86 (2026): Số 86 (04/2026)
- TRỊNH CÔNG TÝ, TRẦN CÔNG TRIỆU, NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA DÒNG CHẢY TRÊN BẬC TIÊU NĂNG Ở HẠ LƯU ĐẬP TRÀN PIANO, THỦY ĐIỆN NẬM SÌ LƯỜNG 4 , Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải: Tập 81 (2025): Số 81 (01/2025)
- TRỊNH CÔNG TÝ, PHẠM CHÍ THÀNH, XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG NƯỚC NHẢY ỔN ĐỊNH TRÊN KÊNH BẰNG MÔ HÌNH CFD , Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải: Tập 80 (2024): Số 80 (11/2024)
- TRỊNH CÔNG TÝ, NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG DÒNG CHẢY QUA ĐẬP TRÀN MẶT CẮT CHỮ NHẬT, ĐỈNH NGẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP CFD , Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải: Tập 81 (2025): Số 81 (01/2025)
- TRỊNH CÔNG TÝ, ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ HÌNH DẠNG MẶT CẮT ĐẬP TRÀN HÌNH THANG VUÔNG ĐẾN HỆ SỐ LƯU LƯỢNG , Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải: Tập 80 (2024): Số 80 (11/2024)