臺灣博碩士論文加值系統

本試驗研究是模擬貨櫃船在港口碼頭靠岸離岸時，貨櫃船推進螺槳引致螺槳水流對碼頭岸壁基礎土壤造成侵蝕現象，本試驗螺槳模型為比例縮尺1/30之六葉貨櫃船螺槳。針對碼頭岸壁與貨櫃船螺槳間距離的變化對底床淘刷的現象，探討當貨櫃船啟動時其推進螺槳與岸壁距離引致螺槳射流造成底床淘刷之試驗探討。
本試驗研究分做兩部份，一為螺槳射流的量測；主要考慮在不同螺槳轉速下，螺槳射流與碼頭岸壁距離間的交互關係。與螺槳射流在自由邊界下發展之流場型態做比較；對螺槳射流型態分佈，在螺槳射流發展區與發展完成區的流場作試驗量測，與理論值相互比較了解其流場的特性，並分析螺槳射流表現出來的流場特性與碼頭岸壁距離間的關係。
一為量測螺槳射流引致淘刷坑的型式；由文獻可以得知淘刷坑的產生與發生位置與碼頭岸壁的破壞有直接的關係。利用螺槳距岸壁距離分別為2Dp、3Dp的位置與螺槳驅動時間為10min、20min、30min、60min與120min的關係來了解在不同條件下淘刷坑的形成。探討淘刷坑的淘刷深度與分佈，與碼頭岸壁距離的關聯性。
關鍵字：螺槳、速度，淘刷

For this experiment study was to simulate when the container ship maneuvered near a dock’s quay wall, the container ship’s propeller induced efflux flow eroded the soil of foundation of quay wall. These experiment model was used a ratio of(1/30) of the container ship with six blades and it was focused on the different distances between quay wall and the container ship’s propeller. For investigating before the container ship moved and the propeller efflux induced the erosion of bed.
These experiments comprised two factors；one was the propeller efflux velocity measured, and it measured for at different rotational speeds to discuss the relationship between the propeller efflux and the distances from the quay wall, and for comparing to the propeller efflux when at the free boundary. For the propeller efflux velocity measurement, it measured by a zone of flow establishment and a zone of established to profile the velocity distribution, to compare with the theoretical values, and to analyze a relation between the propeller efflux velocity and the distances of the quay wall.
One was measured the scour depths of propeller efflux；for recording by foreign scientific literature , it had directly relationship between the bed scour and the distances from the propeller to the quay wall. Using the 2 times and 3 times propeller diameter distances from the container ship’s propeller to the quay wall , we measured the bed scour profile after driving the propeller to 10 min、20min、30min、60min and 120min for comprehending the different conditions about the bed scour. And it was conferred the relationship between the scour depth and distribution with the distances of the container ship’s propeller from the quay wall.
Keyword：propeller, velocity, scour

目錄
致謝 I
摘要 II
Abstract III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 XII
符號說明 XIII
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 1
1.3 研究方法 2
第二章 前人研究 3
2.1 螺槳水流基本介紹 3
2.1.1 螺槳初始射流速度Vo 3
2.1.2 螺槳水流的擴散 6
2.1.4 側向邊界對螺槳水流的影響 11
2.2 淘刷深度介紹 13
2.2.1 自由邊界的影響 14
2.2.2 側向岸壁的淘刷 14
第三章 試驗設備與方法 17
3.1 試驗設備 17
3.1.1 平面水槽 17
3.1.2 鋪砂設備 17
3.1.3 流速量測系統 17
3.1.4 淘刷深度量測系統 18
3.1.5 模型螺槳與驅動系統 18
3.1.6 試驗條件 18
3.1.7 試驗砂 18
3.1.8 試驗土槽 18
3.2 試驗配置 19
3.3 試驗步驟 19
3.3.1 流場量測 19
3.3.2 深度量測 19
第四章 流速分佈與討論 31
4.1 速度場的量測 31
4.2 流速資料的處理 31
4.3 流速的特性 33
4.3.1 初始射流速度Vo(Efflux Velocity) 33
4.3.2 軸向最大速度Vmax(Maximum axial velocity) 34
4.3.3相同邊牆位置不同轉速間的流速比較 37
4.3.4 相同轉速不同距岸壁位置的流速比較 38
第五章 淘刷分佈與討論 56
5.1淘刷現象的探討 56
5.1.1 岸壁距離2Dp 56
5.1.2 岸壁距離3Dp 58
5.2淘刷坑螺槳中心軸向位置的比較 60
5.3側向方向水流的探討 61
5.4岸壁的影響 62
第六章 結論與建議 95
6.1結論 95
6.2建議 96
參考文獻 97


圖目錄
圖2.1 螺槳水流示意圖（陳2002） 3
圖2.2 各轉速於不同作用時間之最大淘刷深度最適線 16
圖3.1 平面水槽俯視及側視圖 21
圖3.2 平面水槽正視及水流示意圖 22
圖3.3 攪拌桶 23
圖3.4 流速計前端探測器 23
圖3.5 流速計後端處理器 24
圖3.6砂面測定儀 24
圖3.7 NDV深度濾定表 25
圖3.8 2200TEU貨櫃船六葉模型螺槳 25
圖3.9 螺槳驅動系統─變頻馬達 26
圖3.10 螺槳驅動系統─類比速度控制器 26
圖3.11 2200TEU貨櫃船於港內基本尺寸 27
圖3.12 試驗砂之粒徑分佈 28
圖3.13 試驗座標定義圖 28
圖3.15實驗配置圖 30
圖4.1 發展區流速原始資料圖 39
圖4.2 發展完成區流速原始資料圖 39
圖4.3 發展區流速線性修改圖 39
圖4.4 發展完成區流速線性修改圖 39
圖4.5 發展區流速濾除圖 39
圖4.6 發展完成區流速濾除圖 39
圖4.7 發展區流速資料分佈統計圖 40
圖4.8 發展完成區流速資料分佈統計圖 40
圖4.9 Hamill（1987）發展區公式無因次分佈圖 40
圖4.10 Stewart（1992）發展區公式無因次分佈圖 41
圖4.11 Hamill（1987）發展完成區公式無因次分佈圖 41
圖4.12 Stewart（1992）發展區完成區公式因次分佈圖 42
圖4.13 Hashmi（1993）全區域公式因次分佈圖 42
圖4.14 Hamill（1987）距離岸壁3倍螺槳直徑發展區公式因次分析圖 43
圖4.15 Stewart（1992）距離岸壁3倍螺槳直徑發展區公式無因次分佈圖 43
圖4.16 Hamill（1987）距離岸壁3倍螺槳直徑發展完成區公式無因次分佈圖 44
圖4.17 Stewart（1992）距離岸壁3倍螺槳直徑發展區完成區公式無因次分佈圖 44
圖4.18 Hashmi（1993）距離岸壁3倍螺槳直徑全區域公式無因次分佈圖 45
圖4.19 Hamill（1987）距離岸壁2倍螺槳直徑發展區公式因次分析圖 45
圖4.20 Stewart（1992）距離岸壁2倍螺槳直徑發展區公式因次分佈圖 46
圖4.21 Hamill（1987）距離岸壁2倍螺槳直徑發展完成區公式因次分佈圖 46
圖4.22 Stewart（1992）距離岸壁2倍螺槳直徑發展完成區公式因次分佈圖 47
圖4.23 Hashmi（1993）距離岸壁2倍螺槳直徑全區域公式因次分佈圖 47
圖4.24岸壁距離3Dp時不同軸向位置之流速分佈X=(a)1Dp、(b)2Dp、(c)3Dp、(d)4Dp、(e)5Dp 48
圖4.25岸壁距離4Dp時不同軸向位置之流速分佈X=(a)1Dp、(b)2Dp、(c)3Dp、(d)4Dp、(e)5Dp 49
圖4.26岸壁距離2Dp時不同軸向位置之流速分佈X=(a)1Dp、(b)2Dp、(c)3Dp、(d)4Dp、(e)5Dp 50
圖4.27轉速200RPM時，不同岸壁距離流速分佈 51
圖4.28轉速250RPM時，不同岸壁距離流速分佈 52
圖4.29轉速300RPM時，不同岸壁距離流速分佈 53
圖4.30轉速350RPM時，不同岸壁距離流速分佈 54
圖5.2 距離岸壁2倍螺槳直徑200RPM淘刷地形平面分佈圖 65
圖5.3 距離岸壁2倍螺槳直徑250RPM淘刷地形3D分佈圖 66
圖5.4 距離岸壁2倍螺槳直徑250RPM淘刷地形平面分佈圖 67
圖5.5 距離岸壁2倍螺槳直徑300RPM淘刷地形3D分佈圖 68
圖5.6 距離岸壁2倍螺槳直徑300RPM淘刷地形平面分佈圖 69
圖5.7 距離岸壁2倍螺槳直徑350RPM淘刷地形3D分佈圖 70
圖5.8 距離岸壁2倍螺槳直徑350RPM淘刷地形平面分佈圖 71
圖5.9 距離岸壁3倍螺槳直徑200RPM淘刷地形3D分佈 72
圖5.10 距離岸壁3倍螺槳直徑200RPM淘刷地形平面分佈圖 73
圖5.11 距離岸壁3倍螺槳直徑250RPM淘刷地形3D分佈圖 74
圖5.12 距離岸壁3倍螺槳直徑250RPM淘刷地形平面分佈圖 75
圖5.14 距離岸壁3倍螺槳直徑300RPM淘刷地形平面分佈 77
圖5.15 距離岸壁3倍螺槳直徑350RPM淘刷地形3D分佈圖 78
圖5.16 距離岸壁3倍螺槳直徑350RPM淘刷地形平面分佈圖 79
圖5.17 200RPM距離岸壁2倍螺槳直徑與軸向距離深度剖面圖 80
圖5.18 250RPM距離岸壁2倍螺槳直徑與軸向距離深度剖面圖 81
圖5.19 300RPM距離岸壁2倍螺槳直徑與軸向距離深度剖面圖 82
圖5.20 350RPM距離岸壁2倍螺槳直徑與軸向距離深度剖面圖 83
圖5.21 200RPM距離岸壁3倍螺槳直徑與軸向距離深度剖面圖 84
圖5.22 250RPM距離岸壁3倍螺槳直徑與軸向距離深度剖面圖 85
圖5.23 300RPM距離岸壁3倍螺槳直徑與軸向距離深度剖面圖 86
圖5.24 350RPM距離岸壁3倍螺槳直徑與軸向距離深度剖面圖 87
圖5.25 200RPM y方向流速分佈圖 88
圖5.26 250RPM y方向流速分佈圖 89
圖5.27 300RPM y方向流速分佈圖 90
圖5.28 350RPM y方向流速分佈圖 91
圖5.29 距離岸壁2dp最大淘刷深度最適線圖 92
圖5.30 距離岸壁3dp最大淘刷深度最適線圖 92
圖5.31淘刷坑實驗照片圖 93

表目錄
表2.1 公式整理 6
表4.1 流速擷取比較表 55
表4.2 初始射流速度公式比較表 55
表5.1 淘刷試驗組別 94

參考文獻
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