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研究生:洪志豪
研究生(外文):Chi-Hao Hung
論文名稱:波浪邊界層之數值模擬
論文名稱(外文):Numerical Simulation of Wave Boundary Layer
指導教授:黃清哲黃清哲引用關係
指導教授(外文):Ching-Jer Huang
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:水利及海洋工程學系
學門:工程學門
學類:河海工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2000
畢業學年度:88
語文別:中文
論文頁數:60
中文關鍵詞:邊界層、波浪、數值模擬
外文關鍵詞:Boundary Layer、Wave、Numerical Simulation
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本文以數值方法求解二維非穩態的Navier-Stokes方程及完整的自由液面邊界條件,藉以探討不同入射波浪底部邊界層之特性。入射波浪係藉由一置放於數值領域中之直推式造波板所產生。自由液面水位及邊界層內流體速度及壓力的數值計算結果與解析解及實驗資料比較,結果皆相當吻合。在確立數值模式的正確性後,本文研究線性波、有限振幅波等不同入射波浪條件下邊界層內的速度、壓力及剪應力隨Ur數的極值變化,及底床剪應力、最大水平流速在邊界層內之相位差,並探討波浪底部摩擦係數和雷諾數之間的關係及不同定義的參考邊界層厚度變化。最後我們針對孤立波邊界層速度、壓力及剪應力等特性變化加以研究。
Abstract
A numerical scheme was developed to solve the unsteady, two-dimensional Navier-Stokes equations and the exact free surface boundary conditions for investigating the bottom boundary layer flows induced by water waves. A piston-type wavemaker was set up in the computational domain to produce the incident waves, which include the small-, and the finite-amplitude waves as well as the solitary waves. The numerical results for the incident wave profiles and the velocity profiles from the bottom to the free surface have been shown to be consistent with the analytical and experimental data. After having verified the accuracy of the present numerical scheme, the effect of the Ursell number on the main characteristics of the boundary layer flows were systematically studied. These include the velocity profile within the boundary layer, the bottom shear stresses, the phase difference between the bottom shear stress and the wave profile, etc. The variation of the friction factor with respect to the Reynolds number was also discussed. Finally, the main characteristics of the boundary layer flow induced by a solitary wave was discussed in terms of the velocity profile, the temporal variation of the pressure and the bottom shear stresses.
目錄
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
謝誌 Ⅲ
目錄 Ⅳ
圖目錄 Ⅵ
表目錄 Ⅷ
符號說明 Ⅸ
第一章 緒論 1
1-1 研究動機 1
1-2 前人研究 2
1-3 研究方法 4
1-4 本文組織 4
第二章 理論分析 6
2-1 建立控制方程式 6
2-2 無因次化處理 7
2-3 邊界條件和初始條件 8
第三章 數值方法 13
3-1 計算網格的配置 13
3-2 控制方程的離散化 13
3-3 離散化控制方程式的解 18
3-3-1 SIMPLER 演算法 18
3-3-2 加速方程組收斂的方法 21
3-4 邊界及計算網格的處理 22
3-4-1 自由液面上速度及壓力的計算 22
3-4-2 自由液面位置及計算網格的處理 25
3-4-3 底部邊界層計算網格的處理 26
3-5 計算流程 27
第四章 數值計算結果與討論 29
4-1 數值計算資料的取得與富立葉分析 29
4-2 水位波形歸於零軸之處理 30
4-3 光滑底床上邊界層臨界雷諾數 的界定 30
4-4 波浪底部邊界層之數值計算結果 31
4-4-1 底床至自由液面數值模擬結果之驗證 33
4-4-2 線性波邊界層數值模擬結果之驗證 37
4-4-3 非線性波邊界層數值模擬結果之驗證 39
4-4-4 本數值模式與實驗結果之驗證 41
4-4-5 波浪邊界層內水平速度隨Ur數之變化 44
4-4-6 水位和底床剪應力隨Ur數之變化 45
4-4-7 邊界層內各高程最大水平速度相位差隨Ur數之變化 47
4-4-8 底部摩擦係數 與雷諾數的關係 48
4-4-9 波浪參考邊界層厚度之探討 50
4-5 孤立波邊界層特性之探討 52
第五章 結論與建議 55
5-1 結論 55
5-2 建議 56
參考文獻 57
參考文獻
1. Collins, J.I., ”Inception of Turblence at the Bed under Periodic Gravity Waves”, J. Geophys. Res., Vol. 68, No. 21, pp. 6007-6014, 1963.
2. Chen, R.K., and Street, R.L., ”A Computer Study of Finite-Amplitude
- Water Waves”, J. Comput. Phys., Vol. 6, pp. 95-104, 1970.
3. Chen, C.J. and Chen, H.C., ”The Finite-Analytic Metheod”, Iowa Institute of Hydraulic Research, The University of Iowa., ⅡHR Report 232-Ⅳ., 1982.
4. Chen, C.J. and Patel, H.C., ”Laminar Flow at the Trailing Edge of a Plate”, AIAA J. 25, pp. 920-928, 1987.
5. Dean, R.G. and Dalrymple, R.A., ”Water Wave Mechanics for Engineers and Scientists”, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N.J., pp. 261-265, 1984.
6. Eagleson, P.S., ”Laminar Damping of Oscillatory Waves”, J. of the Hydraulics Divison, ASCE, HY3, pp. 155-181, 1962.
7. Goring, D. and Raichlen, F., ”The Generation of Long Waves in the Laboratory”, Proc. 17th Conf. Coastal Eng., ASCE, pp. 763-783, 1980.
8. Harlow, F.H. and Welch, J.E., ”Numerical Calculation of Time- Dependent Viscous Incompressible Flow of Fluid with Free Surface”, Phys. Fluids, Vol. 8, pp. 2182-2189, 1965.
9. Huang , N.E., ”Mass Transport Induced by Wave Motion”, J. Marine Research, pp. 35-51, 1970.
10. Huang, C.J., Zhang, E.C., and Lee, J.F., ”Nonlinear Viscous Wavefields
Generated by a Piston-Type Wavemaker”, Proc.5th. Int. Offshore and Polar Eng. Conf. Vol III , pp. 34-41, 1995.
11. Huang, C.J., Zhang, E.C., and Lee, J.F., ”Numerical Simulation of Nonlinear Viscous Wavefields Generated by a Piston-Type Wavemaker”, J. Eng. Mech., Vol. 124, No. 10, pp. 1110-1120, 1998.
12. Hitoshi, T., Sumer, B.M., and Lodahl C., ”Theoretical and Experimental Investigation on Laminar Boundary Layers Under Cnoidal Wave Motion”, J. Coastal Eng., Vol. 40, No. 1, pp. 81-98, 1998.
13. Iwagaki, Y. and Tsuchiya, Y., ”Laminar Damping of Oscillatoy Waves Due to Bottom Friction”, Proc. 10th Conf. Coastal Eng., pp. 149-173, 1966.
14. Jonsson, I.G., ”Wave Boundary Layers and Friction Factors”, Proc. 10th Conf. Coastal Eng., ASCE, pp. 127-148, 1966.
15. Jonsson, I.G., ”Anew Approach to Oscillatory Rough Turbulent Boundary Layers”, Ocean Eng., pp. 109-152, 1980.
16. Kajiura, K., ”Amodel for the Bottom Boundary Layer in Water Waves”, J. Fluid Mech. 182, pp. 369-409, 1968.
17. Kamphuis, J.W., ”Friction Factor under Oscillatory Waves”, J. Waterway, Port, Coastal, and Ocean Eng., Vol. 101, pp. 135-144, 1975.
18. Kirkgoz, M.S., ”Particle Velocity Predition at the Transformation Point of Plunging Breakers”, Coastal Eng., Vol. 110, pp. 200-217, 1986.
19. Longuet-Higgins, M.S., ”The Mechanics of Boundary Layer Near the Bottom in a Progressive Wave”, Proc. 6th Conf. Coastal Eng., ASCE, pp. 184-193, 1958.
20. Madsen, O.S., ”On the Generation of Long Waves”, J. Geophysical Res., Vol. 76, pp. 8672-8683, 1971.
21. Mizuguchi, M., ”Second-order Solution of Laminar Boundary Layer Flow under Waves”, Coastal Eng. in Japan, Vol. 30, No. 1., pp. 9-18, 1987.
22. Patankar, S.V., ”A Calculation Procedure for Two-Dimensional Elliptic
Situations”, Num. Heat Transfer, Vol. 2, 1979.
23. Patankar, S.V., ”Numerical Heat Transfer and Fluid Flow”, McGraw-Hill, New York, 1980.
24. Riedel, H. P., Kamphuis, J. W., and Brebner, A., ”Measurement of Bed Shear Stress under Waves”, Proc. 13th international Conf. On Coastal Eng., Vanconver, pp. 587-603, 1972.
25. Sleath, J.F.A., ”Measurements Close to the Bed in a Wave Fluid Mechanics”, J. Fulid Mech., Vol. 42, pp. 111-123., 1970.
26. Sorensen, R.M., ”Basic Wave Mechanics: For Castal and Ocean Engineers”, John Wiley  Sons, Inc., 1993.
27. Teleki, P.G. and Anderson, M.W., ”Bottom Boundary Shear Stresses on a Model Beath”, Proc. 12th Conf. Coastal Eng., pp. 269-288, 1970.
28. Teleki, P.G., ”Wave Boundary Layers and Their Relation to Sediment Transport”, Shelf Sediment Transport-Process and Pattern, pp. 21-59, 1972.
29. Tang, C.J., Patel, V.C., and Landweber, L., ”Viscous Effects on Propogation and Reflection of Solitary Waves in Shallow Channels”, J. Comput. Phys., Vol. 88, No. 1, pp. 86-113, 1990.
30. 江文山,”波動底部層流邊界層之解析”,國立成功大學水利及海洋工程研究所碩士論文, 1992.
31. 林呈、黃煌煇,”波動淺化過程底部邊界層流場之實驗研究”,中華民國力學期刊,pp. 67-76, 1989.
32. 林呈、鄭中南、顏光輝、蔡清標,”應用FLDV探討層流波動邊界層之底部剪應力與速度量測”,第十七屆海洋工程研討會,pp. 1-17, 1995.
33. 岩垣雄一、土屋義人、陳活雄,”海底摩擦によろ波高衰減の基礎的研究(3)-層流境界層方程式の非線性項の影響につうて一”,日本海岸工學論文集第12回,pp. 41~48, 1965.
34. 岩垣雄一、斐義光,”波によリ水底斜面上に作用すろ摩擦力について”,日本海岸工學論文集第24回”,pp. 137-147, 1977.い
35. 岩垣雄一、斐義光,”波によろ水底斜面上の作用摩擦力に關すろ研究”,日本海岸工學論文集第25回,pp. 38-41, 1978.い
36. 堀川清司、渡邊晃,”表面波によろ振動流境界層によろ關すろ實驗的研究”,日本海岸工學論文集第15回,pp. 16-23, 1968.
37. 陳文俊、郭金棟、楊慶宗,”波浪非對稱校應對底部剪應立即磨擦係數影響之研究”,中華名國第12屆海洋工程研討會論文集,pp. 145-161, 1990.
38. 黃煌煇、林呈、黃國書,”以雷射測速儀量測淺化底部邊界層之實驗研究”, 中華民國第12屆全國力學會議論文集,pp. 133-144,1988.
39. 黃清哲、李兆芳、張恩誠,”平板單向移動所形成的自由液面及流場,”中華民國第十六屆海洋工程研討會論文集,pp. B288-B309, 1994.
40. 董志明,”數值黏性造波水槽之發展及其應用”,國立成功大學水利及海洋工程研究所博士論文, 2000.
41. 盧家驥,”淺海波在海底產生剪力之理論及實驗研究”,國立成功大學水利及海洋工程研究所碩士論文, 1977.
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1. 13. 李增宗、陳文德、黃聰山,(1997),「水旱田利用調整計畫與稻田轉作計畫之比較」,農政與農情,第56期,第34-40頁。
2. 11. 李增宗,(1986),「稻田休耕現況之檢討與改進」,農田水利,第33卷第8期,第36-38頁。
3. 9. 李舟生,(1994),「新農業協議解讀與所得直接給付制度-兼述主要國家農業政策方向」,進口救濟論叢,第4期,第75-133頁。
4. 8. 李舟生,(1994),「直接給付制度概述」,農政與農情,第19期,第59-66頁。
5. 7. 李舟生,(1993),「GATT談判與農業改革協議」,進口救濟論叢,第3期,第83-129頁。
6. 33. 楊明憲,(1997),「台灣稻米受進口損害與救助之動態評估」,農業經濟叢刊,第3期,第25-68頁。
7. 31. 楊明憲,(1993),「稻農所得支持政策之探究與福利分析」,農業金融論叢,第29集,第65-97頁。
8. 28. 黃聰山,(1989),「稻田休耕現況檢討及因應措施」,農田水利,第36卷第4期,第26-31頁。
9. 34. 廖安定,(1994),「烏拉圭回合農業協定內容之簡介與建議」,農政與農情,第19期,第16-25頁。
10. 27. 黃登忠,(1980),「三十年來台灣稻米價格之研究」,農業金融論叢,第3集,第104-138頁。
11. 23. 陳文德,(1995),「歐體直接補償給付措施簡介」,農政與農情,第33期,第36-43頁。
12. 21. 張靜貞、傅祖壇、施順意,(1998)「世界貿易組織與浮現的台灣稻米問題」,自由中國之工業,第88卷第5期,第17-59頁。
13. 38. 蕭彩鳳,(1996),「1996年美國農業改革法案之主要措施及其背景與影響」,農政與農情,第48期,第46-50頁。