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研究生:林政斌
研究生(外文):Cheng-Pin Lin
論文名稱:河川潛板系統形狀變化對交互作用現象及系統最佳設置之影響
論文名稱(外文):The effect of submerged vane shape on the interaction between vanes and optimal system configuration
指導教授:歐陽慧濤
指導教授(外文):Huei-Tau Ouyang
學位類別:碩士
校院名稱:國立宜蘭大學
系所名稱:土木工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:125
中文關鍵詞:潛板系統潛板形狀交互作用最佳化設置
外文關鍵詞:Submerged vaneVane shapeInteraction between vanesOptimal system configuration
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潛沒式導流板為一穩定河岸的工法,對於穩定河川凹岸岸壁及河川底床泥沙運移有良好成效,潛板系統係指將一系列的潛板沿水流方向或徑向方向設置以提高潛板的影響範圍。過去研究指出潛板效能與潛板設置數量、設置位置、角度及潛板尺寸等有關, 但關於潛板之形狀與最佳化位置相關的探討則較少有研究者觸及。本研究利用小板法可模擬不同板形潛板的特性進行分析,計算出潛板後方的河川底床徑向剪應力分布,並引入河川動量方程式與水流、沉滓之連續方程式計算河川彎道二次流對底床產生的剪應力,以求解河川底床受到彎道二次流以及潛板影響下的徑向床形,並應用前人的實驗資料加以驗證。最後並探討矩形板、前傾板及板頂束縮板三種板形所組成的潛板系統的最佳設置位置。
研究結果顯示各形之單片潛板於彎道中最佳位置近乎一致,以束縮板的效果為最佳。雙片潛板系統間的交互作用會隨攻角改變而增強,其中以束縮板各片潛板之交互作用的差異最大。潛板系統對凹岸底床抬升量隨潛板數量增加其效果也會增加,各形潛板系統又以束縮板對底床抬升的效果為最優良。
Submerged vane is a technique on stable the river bank. It has well performance on streambank protection and sediment control. Submerged vane system is a series of vanes installed follwoing the flow direction or parallel along a river cross-section to increase the performance. Previous researchers have shown that the performance of the submerged vane system is related to the number of the vanes ,the angle of attack ,the installing position ,and the size of the vane. However, not much for the optimal planform of the vane and optimal configuration of the submerged vane system are investigated. The study utilize the Lifting-Panel Method for the calculation of the flow field induced by the vane system. By adopting previous research’s bend flow model, the method is capable of calculating the transverse bed profile induced by vanes with various shapes and dimensions. The study investigated the following three types of submerged vane systems:1.rectangle vanes;2.forward-swept vanes; 3.tapered vanes.
The results show that the optimal location of a single vane for these three types of vanes are almost the same. Upon the others, the tapered vane has the best performance. The interaction among the vanes increased with increasing angle of attack of the vanes and the tapered vane has the most difference between vanes. By increasing the number of the vanes the function of the vanes on sediment control is improved. For the three types of vanes, the tapered vane has the best performance the sediment control.
摘 要 I
ABSTRACT II
目 錄 IV
圖 目 錄 VI
符 號 表 X
第一章 導論 1
1-1 前言 1
1-2 文獻回顧 1
1-3 研究動機 2
1-4 研究方法 2
1-5 本文流程 3
第二章 潛板與床型模式之建立 4
2-1 一渦流段所產生之速度向量 4
2-2 小板法 8
2-3 受潛板系統影響之床形 10
2-4 邊界效應 13
第三章 數值模式建立與驗證 14
3-1 網格密度與垂直鏡像數量分析 15
3-2網格密度與水平鏡像數量分析 16
3-3 模式驗證 17
3-3.1 直渠道單潛板 17
3-3.2 直渠道單潛板 18
3-3.3 直渠道潛板系統 18
3-3.4 彎曲渠道無潛板 19
3-3.5 彎曲渠道潛板系統 19
第四章 結果與討論 21
4-1 潛板系統的交互作用現象 21
4-1.1 二潛板系統的交互作用 22
4-1.2 二潛板系統與垂直岸壁的交互作用 25
4-1.3 三潛板系統的交互作用 26
4-1.3.a A板之交互作用因子 26
4-1.3.b B板之交互作用因子 27
4-1.3.c C板之交互作用因子 28
4-2 潛板系統的最佳位置 28
4-2.1 單片板各板形於彎道之最佳位置 29
4-2.2 潛板系統於彎曲渠道中之最佳設置位置 30
4-2.3 潛板系統最佳設置所產生之凹岸底床變化 31
4-3 潛板系統之效果與效率分析 31
第五章 結論 33
5-1 結論 33
5-2 建議 34
參 考 文 獻 35
附 錄A 彎道模式推導 37

圖 目 錄
圖1-1 研究流程圖 47
圖2-1 潛板所產生之渦流 48
圖2-2 受潛板尾跡渦流影響之徑向床形 48
圖2-4 三維單位渦流示意圖 49
圖2-5 小板法之渦流環系統 50
圖2-6 垂直鏡像示意圖 51
圖2-7 水平鏡像示意圖 52
圖2-8 潛板系統水平及垂直鏡像合成示意 52
圖3-1 矩形板示意圖 53
圖3-2 前傾板示意圖 53
圖3-3 束縮板示意圖 54
圖3-4 斷面最小水深示意 54
圖3-5 不同垂直鏡像與網格密度下之計算差量(矩形板) 55
圖3-6 不同垂直鏡像與網格密度下之計算差量(前傾板) 55
圖3-7 不同垂直鏡像與網格密度下之計算差量(束縮板) 56
圖3-8 不同水平鏡像與網格密度下之計算差量(矩形板) 56
圖3-9 不同水平鏡像與網格密度下之計算差量(前傾板) 57
圖3-10 不同水平鏡像與網格密度下之計算差量(束縮板) 57
圖3-11 Wang之直渠道水槽試驗佈置 58
圖3-12 Wang之彎曲渠道水槽試驗佈置 58
圖3-13 Odgaard and Spoljaric之直渠道水槽試驗佈置 59
圖3-14 直渠道單潛板之計算床形與Odgaard and Spoljaric(1986)之試驗資料比較(a) (b) (c) 60
圖3-15 直渠道單潛板之計算床形與Wang(1991)之試驗資料比較(a) (b) (c) 61
圖3-16 計算床形與Wang(1991)之MS4試驗資料比較 62
圖3-17 計算床形與Wang(1991)之MB1試驗資料比較 62
圖3-18 計算床形與Wang(1991)之MB2試驗資料比較 62
圖4-1 二片潛板潛板系統佈置 63
圖4-2 矩形板於不同攻角時之效能 63
圖4-3 前傾板於不同攻角時之效能 64
圖4-4 束縮板於不同攻角時之效能 64
圖4-5各板形之1號板的效能( ) 65
圖4-6各板形之2號板的效能( ) 65
圖4-7 各板形之1號板的效能( ) 66
圖4-8 各板形之2號板的效能( ) 66
圖4-9 矩形板不同攻角各板形二板效能之比 67
圖4-10 前傾板不同攻角各板形二板效能之比 67
圖4-11 束縮板不同攻角各板形二板效能之比 68
圖4-12 二潛板間距近時渦流影響示意圖 68
圖4-13 二潛板間距遠時渦流影響示意圖 69
圖4-14 攻角10度各板形 與 之比 69
圖4-15 攻角20度各板形 與 之比 70
圖4-16 潛板系統與岸壁配置示意圖 71
圖4-17 矩形板潛板系統A板與岸壁交互作用 72
圖4-18 矩形板潛板系統B板與岸壁交互作用 72
圖4-19 前傾板潛板系統A板與岸壁交互作用 73
圖4-20 前傾板潛板系統B板與岸壁交互作用 73
圖4-21 束縮板潛板系統A板與岸壁交互作用 74
圖4-22 束縮板潛板系統B板與岸壁交互作用 74
圖4-23真實與鏡像範束渦流於岸壁示意圖 75
圖4-24 各板形A板受岸壁影響之效能( ) 76
圖4-25 各板形B板受岸壁影響之效能( ) 76
圖4-26 各板形A板受岸壁影響之效能( ) 77
圖4-27 各板形B板受岸壁影響之效能( ) 77
圖4-28 各板形A板受岸壁影響之效能( ) 78
圖4-29 各板形B板受岸壁影響之效能( ) 78
圖4-30 各板形A板受岸壁影響之效能( ) 79
圖4-31 各板形B板受岸壁影響之效能( ) 79
圖4-32 各板形A板受岸壁影響之效能( ) 80
圖4-33 各板形B板受岸壁影響之效能( ) 80
圖4-34 三潛板配置示意圖 81
圖4-35 矩形板三片潛板系統A板之效能 82
圖4-36 前傾板三片潛板系統A板之效能 82
圖4-37 束縮板三片潛板系統A板之效能 83
圖4-38 各板形A板效能之比較( ) 83
圖4-39 各板形A板效能之比較( ) 84
圖4-40 各板形A板效能之比較( ) 84
圖4-41 各板形A板效能之比較( ) 85
圖4-42 各板形A板效能之比較( ) 85
圖4-43 矩形板三片潛板系統B板之效能 86
圖4-44 前傾板三片潛板系統B板之效能 86
圖4-45 束縮板三片潛板系統B板之效能 87
圖4-46 各板形B板效能之比較( ) 87
圖4-47 各板形B板效能之比較( ) 88
圖4-48 各板形B板效能之比較( ) 88
圖4-49 各板形B板效能之比較( ) 89
圖4-50 各板形B板效能之比較( ) 89
圖4-51 矩形板三片潛板系統C板之效能 90
圖4-52 前傾板三片潛板系統C板之效能 90
圖4-53 束縮板三片潛板系統C板之效能 91
圖4-54 各板形C板效能之比較( ) 91
圖4-55 各板形C板效能之比較( ) 92
圖4-56 各板形C板效能之比較( ) 92
圖4-57 各板形C板效能之比較( ) 93
圖4-58 各板形C板效能之比較( ) 93
圖4-59 單片潛板於彎道凹岸所造成之水深變化( , ) 94
圖4-60 不同曲率半徑矩形板單片潛板的最佳設置位置 94
圖4-61 不同曲率半徑前傾板單片潛板的最佳設置位置 95
圖4-62 不同曲率半徑束縮板單片潛板的最佳設置位置 95
圖4-63 不同曲率半徑各板形單片潛板的最佳設置位置 96
圖4-64 不同曲率半徑矩形板雙片潛板的最佳設置位置 96
圖4-65 不同曲率半徑前傾板雙片潛板的最佳設置位置 97
圖4-66 不同曲率半徑束縮板雙片潛板的最佳設置位置 97
圖4-67 不同曲率半徑各板形雙片潛板的最佳設置位置(A板) 98
圖4-68 不同曲率半徑各板形雙片潛板的最佳設置位置(B板) 98
圖4-69 不同曲率半徑矩形板三片潛板的最佳設置位置 99
圖4-70 不同曲率半徑前傾板三片潛板的最佳設置位置 99
圖4-71 不同曲率半徑束縮板三片潛板的最佳設置位置 100
圖4-72 不同曲率半徑各板形三片潛板的最佳設置位置(A板 100
圖4-73 不同曲率半徑各板形三片潛板的最佳設置位置(B板) 101
圖4-74 不同曲率半徑各板形三片潛板的最佳設置位置(C板) 101
圖4-75 矩形板潛板系統潛板數量與抬升量關係( ) 102
圖4-76 前傾板潛板系統潛板數量與抬升量關係( ) 102
圖4-77 束縮板潛板系統潛板數量與抬升量關係( ) 103
圖4-78 各板形潛板系統潛板數量與抬升量關係( ) 103
圖4-79 各形潛板系統效果與效率比較( ) 104
圖4-80 各形潛板系統效果與效率比較( ) 104
圖4-81 各形潛板系統效果與效率比較( ) 105
圖4-82 各形潛板系統效果與效率比較( ) 105
圖A-1 彎道正交曲線座標系統示意 106
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