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研究生:王偉蒼
研究生(外文):Wei-chang Wang
論文名稱:水庫異重流之數值模式
論文名稱(外文):A Numerical Model for Density Currents of Reservoir
指導教授:廖清標
指導教授(外文):Ching-Biao Liao
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:水利工程所
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:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:101
中文關鍵詞:後向階梯流異重流大渦模擬法水深函數法水庫排砂
外文關鍵詞:backward-facing step flow、density currentslarge eddy simulationheight functiondischarging sand of reservoir
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由於每年颱風所帶來的降雨強度與分布極為不穩定,造成原水濁度大量提高,使得流入水庫之含砂濃度居高不下,造成水庫嚴重淤積,嚴重影響水庫蓄水功能。為能了解水庫異重流的特性,本研究利用Navier-Stokes方程式,配合濃度方程式來模擬兩流體層因密度不同所造成的異重流流場,針對水庫異重流來進行模擬。數值模式使用大渦模擬法來處理紊流,並以Adams-Bashforth法來離散時間項,投影法導出壓力Poisson方程式,配合MAC交錯網格系統,使得連續方程式可以自動滿足。對於具底床變化之天然河道,利用水深函數法將其轉換至一規則之矩形計算域來計算。以後向階梯流之水平與具坡度底床流場和鹽水異重流實驗之濃度來驗證數值模式之可靠性。然後以沉降速度的有無以及大渦模擬參數大小來對出流濃度的影響進行比較。於異重流模擬過程中,發現大渦模擬參數越大所得到的濃度會越明顯,比較沒有數值震盪產生,而沉降速度則會影響水庫內的濃度變化,進而影響出流濃度。本文應用數值計算來研究水庫異重流運動,為水庫排砂工程提供科學的依據和理論指導。
There are many typhoons in Taiwan every year. That brings much rain. It can cause many silt with flowing water into the reservoir. That lead to the reservoir to deposit. This is a present problem badly in need of solution. We use Navier-Stokes equations to simulate the interaction between density currents and ambient water. To consider the depth change of the natural river, coordinates transformation was used to transform depth varying bathymetry into a regular computational domain. An explicit Adams-Bashforth scheme is adopted to solve the velocity field. The projection method is used to derive the pressure Poisson equation such that the equation of continuity satisfies automatically. Prediction of the flow flied and salinity currents is compared with the experiment data and backward-facing step flow to validate the numerical model. We will discuss influence of Smagorinsky parameter and Sedimentation velocity for this model. We can find variation in concentration. The numerical model can provide us some useful results in discharging sand of reservoir.
中文摘要……………………………………………………………...i
英文摘要……………………………………………………………..ii
目 錄……..………………………………………………………….iii
表目錄……………………………………………………………….vi
圖目錄……………………………………………………………....vii
符號說明……………………………………………………………xiii
第一章 導論……………………………………………………….1
1-1 前言………………………………………………………..1
1-2 文獻回顧…………………………………………………..3
1-3 研究目的與方法…………………………………………..8
1-4 本文結構…………………………………………………...9
第二章 理論基礎…………………………………………………11
2-1 控制方程式……………………………………………….11
2-2 沉降模式………………………………………………….14
2-3 紊流模式………………………………………………….15
第三章 數值計算方法…………………………………………….18
3-1 控制方程式無因次化…………………………………….18
3-2 邊界條件………………………………………………….20
3-3 網格與流場變數配置…………………………………….21
3-4 座標轉換………………………………………………….22
3-5 動量方程式之計算方法………………………………….25
3-6 壓力方程式之計算方法………………………………….28
3-7 濃度方程式之計算方法………………………………….31
3-8 數值計算程序…………………………………………….32
3-9 數值穩定條件…………………………………………….33
第四章 數值計算結果與討論……………………………………34
4-1 數值模式之驗證………………………………………….34
4-1-1 後向階梯流………………………………………….34
4-1-2 異重流實驗之驗證………………………………….36
4-2 具斜坡後向階梯流………………………………………39
4-3 水庫模擬案例……………………………………………42
4-3-1 計算條件概述………………………………………..42
4-3-2 案例分析……………………………………………..43
4-3-3 模式考慮沉降速度…………………………………..43
4-3-4 模式不考慮沉降速度… …………………………….47
4-3-5 入流濃度與出流濃度的分析度…………….……….49
第五章 結論與建議……………………………………………...50
5-1 結論…………...…………………………………………50
5-2 建議………………………………………………………52
參考文獻……………………………………………………………..53
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