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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:廖志勳
研究生(外文):CHIH-SHUN LIAO
論文名稱:明渠緩變速流數值模擬
論文名稱(外文):Numerical Simulation Gradually-varied Flow in Open Channels
指導教授:呂珍謀呂珍謀引用關係
指導教授(外文):Jan-Mou Leu
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碩博士班
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:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:63
中文關鍵詞:M2曲線流速分佈定量緩變速流自由液面
外文關鍵詞:Velocity DistributionFree SurfaceCurveSteady Gradually Varied Flow
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本研究使用FLUENT計算流體力學軟體模擬明渠定量緩變速流之之流況,藉由軟體模擬明渠緩坡渠道至陡坡流場特性,瞭解M2曲線水面線及流速分佈。在研究中,採用有限體積法(finite volume method)離散控制方程式,以一階上風法離散對流項,重力權重法(body force weighted)離散壓力項,由SIMPLE法耦合速度和壓力,使整個流場符合質量守恆及動量守恆,再由多相流k-ε紊流模式模擬渠流紊流情形,最後再應用質量流通率構置自由液面水面線。本研究透過與明渠緩變速流理論值比對,模擬自由液面及渠道中心流速剖面發現,FLUENT可以成功的模擬出明渠緩變速流之M2曲線流況。
In this study, the commercial hydrodynamic software, FLUENT is adopted to construct a model for simulating the steady gradually varied flow in M2 curves. The modules used are the finite volume discretization, the first order upwind scheme, the near wall k-ε model and volume of fluid approach. Using GAMBIT preprocessor, a model that has grid system composed of hexahedron meshes with total cells number of approximate 2 million 27 thousand is generated. The constructed model is verified using mean velocity and free surface profiles from steady gradually varied flow theory, and prove that this model is capable of simulating the steady gradually varied flow in M2 curves.
中文摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
第一章 緒論 1
1-1 研究動機 1
1-2 明渠流水流通過之情形與渠道坡度之型式 2
1-3 研究目的 6
1-4 前人研究 6
1-5 本文架構 8
第二章 數值模式與明渠緩變速流理論 10
2-1 明渠緩變速流理論 10
2-1-1 假設條件 10
2-1-2 控制方程式 11
2-1-3 水面線曲線分類 14
2-1-4 曲線 16
2-1-5 正常水深 求解 17
2-2 數值模式理論方程式 19
第三章 數值模式邊界條件及方程式求解設定 22
3-1 數值模擬架構 22
3-2 模型建置 23
3-3 網格建置 24
3-4 邊界條件設定 26
3-5 數值模式求解設定 29
3-5-1 相位求解 29
3-5-2 紊流模式 31
3-5-3 控制方程式離散方法 32
3-5-4 求解模式 33
3-6 收斂條件 34
3-7 數值模擬設定流程 36
第四章 數值模擬結果與明渠理論推定之結果分析比較 38
4-1 明渠理論推定結果 38
4-2 數值模擬結果 40
4-2-1 流速剖面 41
4-2-2 VOF模式推出之水面線 48
4-2-3 質量流通率推出之水面線 51
4-3 流場分析 54
4-4 數值模式與明渠緩變速流理論之比較 58
第五章 結論與建議 59
5-1 結論 59
5-2 建議 61
參考文獻 62
1.Cai Y. H. , J. Hu , H. P. Ma , B. L. Yi , and H. M. Zhang , ‘Effects of hydrophilic/hydrophobic on the water behavior in the micro-channels of a proton exchange membrane fuel cell’ , J.Power Sources, 2006.

2.FLUENT , ‘FLUENT 6.1 User’s Guide’ , FLUENT, 2007.

3.Guardo A. , M. Coussirat , M. A. Larrayoz, F.Recasens and Equsquiza , ‘Influent of the turbulence model in CFD modeling of wall-to-fluid heat transfer in packecd beds.’, 2005.

4.Hirt , C.W. and B.D. Nichols, ‘Volume of Fluid (VOF) method for the dynamics of free surface boundaried.’ , 1981.

5.Ramamurthy A. S., Junying Qu, and Diep Vo, ’ Numerical and Experimental Study of Dividing Open-Channel Flows’ , JOURNAL OF HYDRAULIC ENGINEERING © ASCE / OCTOBER 2007.

6.Ramamurthy A. S., Junying Qu , and Diep Vo , ’ VOF Model for Simulation of a Free Overfall in Trapezoidal Channels’ , URNAL OF IRRIGATION AND DRAINAGE ENGINEERING © ASCE / JULY/AUGUST 2006.

7.Subramany K, ‘Flow in Open Channels’ , TATA McGRAW Hill, 2004.

8.林玫珊,「計算生態流體力學在三維度自由液面植栽流場之應用研究」,國立台灣大學生物環境系統工程學研究所碩士論文,2005。

9.林明峰,「喇叭型進水口三維流場之模擬」,國立成功大學水利及海洋工程研究所碩士論文,2006。

10.洪健豪,「三維光滑明渠紊流流場之量測與分析」,國立中興大學土木工程研究所碩士論文,2003。

11.黃婉筑,「明渠通過孔隙方塊之三維流場模擬分析」,國立成功大學水利及海洋工程研究所碩士論文,2007。

12.謝平城,「明渠水力學」,曉園出版社,1999。

13.韓占忠、王敬、參小平,「FLUENT流體工程仿真計算實例與應用」,北京理工大學出版社,2000。
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