本文旨在探討穩定層變流體中受到岸邊風剪力作用，所引致流體流動及混
合的過程，期能以實驗方法及數值分析對風引致流及混合捲增特性有詳細
之論證與描述。實驗部分係利用一風引致流渠道為之，以系列實驗探究二
層穩定層變流場中之捲增混合特性，如捲增率(Entrainment rates) 與能
反應出風剪力作用及層變流體特性之參數 ─ 理查生數（Richardson
numbers）之間所存在的函數關係、鑽進流(Plunge flow）發生位置的變
化情形及其對環流的影響、平均密度混合的現象及所造成的浮力效應影響
等。同時利用多種流場可視化（Flow visualization）的方法觀測流場的
環流型式及密度界面層發展的情形，並發展一套適合於一般流場之質點圖
像位移速度儀法（Particle image displacement Velocimetry，簡稱
PIDV)，利用影像處理的技術，結合傳統單一測點量測儀器如雷射都卜勒
法（laser Doppler velocimetry)等之準確性及流場可視法多點同時觀測
的優點，來對均質流體與二層流、線性層變流體中之環流形式及速度場作
定性與定量之探討研究。在數值模擬方面，我們則是以一長深比３：１之
矩形封閉渠道為主體來模擬計算，分別就線性密度梯度分佈、近似二層流
分佈及均質流場為之。以層流機制、非定常性Ｕ－Ｐ原始變數模態傳輸方
程、建立流場數學模式，數值化體制採 MAC (marker and cell)交錯網格
進行，並以控制體積有限差分法為之，傳輸方程式中對流及擴散之總合流
率以次方律差分法 ( Power law differencing，簡稱PLD) 格點化，壓力
場藉SIMPLE-C (semi- implicit method for pressure-linked
equation - consistent) 方法自連續方程式求得；其中代數方程式是以
變向隱性三帶寬矩陣 ADI-TDMA (alternating direction implicit
iteration using the tri-diagonal matrix algorithm) 鬆弛疊代運算
。並獲至流場之速度場、流線分佈及鹽度（密度）混合等隨時間變化的結
果。如此，藉由實驗方法與數值模擬兩方面對二層流及線性層變流等穩定
層變流體中風引致捲增混合現象的研究，使我們對海洋和湖泊中
thermo- cline 的形成及其造成之流場特性的影響能有較深入的了解，有
助於對海洋自然生態與環境污染問題等領域之研究。
|