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研究生:陳俊賢
論文名稱:不同外型淺灘角柱體附近波能場之數值研究
論文名稱(外文):A Numerical Study of Wave Energy Field around a Prism Shoal with Different Profiles
指導教授:楊國誠
指導教授(外文):KC-Yang
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣海洋大學
系所名稱:機械與機電工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:92
中文關鍵詞:規則波角柱淺灘折射能量集中
外文關鍵詞:regular wavePrism shoalrefractionenergy concentration
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本研究藉由FLOW-3D流場數值模擬套裝軟體,以VOF法計算自由液面的方式,探討規則波浪通過不同外型之角柱淺灘地形時,因地形變化產生淺化、折射及繞射現象,以及在淺灘後方有集能的現象。
本研究分別選用不同後掠角度之U型及V型之角柱體淺灘地形,在長週期波與短週期波之入射波下,進行模擬計算及綜合檢討比較。

本研究計算結果顯示,V型角柱淺灘較U形角柱淺灘有更好的集能效果。波浪正向入射角柱淺灘時受到地形影響產生折射與繞射,於淺灘後方有波浪集中的情形,而能量集中的大小因週期的長短而改變,長週期時集能效果較為優異。能量集中的廣度則因V型角柱淺灘的開口有關,在120度時的集能區域最廣,集能效果也較佳。此種差異應是角柱淺灘地形所引至之波浪淺化、折射、繞射效應的交互作用與強弱有關。

This study used Flow-3D by the mode of VOF numerical calculation to research on regular waves passing through different shapes of prism shoal with different profiles, as variations of terrain cause the phnomennons of shoaling, refraction, diffraction as well as energy concentration behind shoal. First, this study followed the literature simulated by the same configuration of edge conditions, which is calculated in order to adjust different shapes of prism shoal through computation. The result corresponds to the tendency. This study selected 4 different kinds of prism shoal to simulate and compare with long and short period wave and. As a result, prism shoal of V type has the better effect of energy concentration in comparison of prism shoal of U type. When waves go forward to the prism shoal , they cause refraction and diffraction by topographic effects and being centralized behind shoal. The size of concentration of energy changes due to the length of cycle, it shows that long cycle has an excellent effect of energy concentration. The breadth of concentration of energy refers to the opened-month of prism shoal of V type, it has the largest breadth at angel of 120 in the area of energy concentration and also has the better effect of energy concentration. Such differences ought to be prism shoal that causes effects of wave shoaling, refraction and diffraction, relating to the interaction and condition.
摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
表目錄 vi
圖目錄 vii
符號說明 xii
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 文獻回顧 3
1-3 研究目的及方法 9
1-4 論文架構 10
第二章 數學統御方程式 11
2-1 基本假設 11
2-2 連續方程式(Continuity equation) 12
2-3 動量方程式(Momentum equations) 13
2-4 紊流模式(Turbulent Model) 14
2-5 邊界條件 16
2-5-1 上游邊界條件 16
2-5-2 下游邊界條件 16
2-5-1 底面邊界條件 18
2-5-1 自由液面邊界條件 18
第三章 數值方法 24
3-1 FLOW-3D簡介 24
3-1-1 FLOW-3D所開發之兩項核心技術 24
3-1-2 FLOW-3D人性化操作介面 28
3-2 FLOW-3D中的數值理論方程式 29
3-2-1離散化連續方程式 29
3-2-2離散化動量方程式 30
3-2-3自由液面動量方程式 33
3-3-4邊界條件方程式 35
第四章 計算案例配置 39
4-1 計算流程 39
4-2建構數值角柱淺灘模型 40
4-3網格系統設定與計算領域 44
4-4物理條件設定 46
4-5 邊界條件設定 47
4-6 數值計算後處理 47
4-6-1中性文件(Neutral File) 48
4-6-2波高增幅係數(Wave amplification codfficient) 50
4-6-3不同外型之角柱淺灘Kd等值圖及Y截面擷取範圍 52
第五章 結果與討論 53
5-1 U形角柱淺灘(U323_090) 54
5-1-1短週期波計算結果(H28T10及H22T15) 54
5-1-2長週期波計算結果(H16T20及H10T25) 55
5-2 V形角柱淺灘(V404_090) 55
5-2-1短週期波計算結果(H28T10及H22T15) 56
5-2-2長週期波計算結果(H16T20及H10T25) 57
5-3 改變V形角柱淺灘之夾角(V404_060, V404_120) 58
5-3-1短週期波計算結果(H28T10及H22T15) 58
5-3-2長週期波計算結果(H16T20及H10T25) 59
5-4 長週期波於不同Y截面上水位之時間序列變化 60
5-5 集能效果綜合比較 61
第六章 結論與建議 64
5-1 結論 64
5-2 建議 65
參考文獻 66
附圖 69


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28.江晨寧(2008), “新月形淺灘附近波場之數值分析”,國立台灣海洋大學論文。
29.吳柏慶(2010), “新月形淺灘附近波能場之數值研究”,國立台灣海洋大學論文

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