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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:李芷穎
研究生(外文):Chih-YingLi
論文名稱:應用Flow-3D模擬水流流經複合寬頂堰之流況
論文名稱(外文):Application of Flow-3D to Simulate Water Flow Over Compound Broad-Crested Weirs
指導教授:詹錢登詹錢登引用關係
指導教授(外文):Chyan-Deng Jan
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士在職專班
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:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:88
中文關鍵詞:寬頂堰複合堰流三維流場模擬
外文關鍵詞:Broad-crested weirCompound cross-sectional weir flowThree-dimensional numerical simulation
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本研究使用Flow-3D水理分析數值模式模擬水流流經複合寬頂堰所產生之流場。模擬所使用的複合寬頂堰包括矩形底矩形寬頂堰、三角形底矩形寬頂堰及矩形底梯形寬頂堰三種堰型,其尺寸大小和Jan et al.(2009)實驗研究所採用的尺寸相同。FLOW-3D模擬之相關邊界條件和Jan et al.(2009)實驗所採用的條件相同。模擬時上游採用固定水位條件。模擬結果顯示過堰流量與實驗流量非常相近,其誤差約在1%以內。水流經過堰會有水位跌降現象,模擬分析結果顯示跌降後水頭約為未跌降前水頭的40%。
模擬成果輸出流速、壓力場及流線之分布情形,顯示流速及壓力變化均受堰的大小及形狀影響。複合堰口形狀不同會影響斷面最高流速發生位置及影響水平流場及垂直流場的分布。本研究也分析複合堰之水舌射流特性及負壓面現象。
The characteristic of the water stream through a compound cross-sectional weir is studied in this paper by using FLOW-3D simulation software. The boundary conditions of the simulation are reproduced according to Jan et al. (2009), this included factors such as the size of the model and fixed upstream water level conditions. The type of compound cross-sectional weirs used in this study are compound rectangular-rectangular broad- crested weir, compound triangular-rectangular broad-crested weir, and compound rectangular-truncated broad-crested. The results obtained by the simulation are closed to the experimental value by Jan et al with an error under 1%. The analysis calculated a 40% differences before and after the water head drop.
The simulation indicated the flow velocity, distribution of pressure field and flow lines around the weir are highly dependent by the size and shape of the weir. The occurrence location of highest flowrate and the distribution in the horizontal and vertical flow field are affected by the shape of the weir. This study also analyzed the water tongue jets and suction surface phenomenon of the compound weir.
Key words: Broad-crested weir, compound cross-sectional weir flow, three-dimensional numerical simulation.
摘要 III
Abstract IV
誌謝 IX
目 錄 X
表目錄 XIII
圖目錄 XIV
符號說明 XVII
第一章 前言 1
1.1 研究目的 1
1.2 前人研究 1
1.2.1 堰型分類 2
1.2.2 堰流公式 7
1.2.3 堰流係數相關研究 14
1.2.4 數值模式應用於流場分析相關研究 16
1.3 論文架構 20
第二章 堰流相關公式之回顧 22
2.1 堰流公式推導 22
2.1.1 基本假設 22
2.1.2 矩形堰流公式 23
2.1.3 三角形堰流公式 24
2.1.4 寬頂堰流 25
2.2 Jan et al.複合堰流量計算 26
第三章 Flow-3D模式簡介及寬頂堰模型建置 31
3.1 Flow-3D數值模式介紹 31
3.1.1 控制方程式 31
3.1.2 連續方程式 ( Mass Continuity Equation ) 32
3.1.3 動量方程式 ( Momentum Equation ) 33
3.1.4 能量方程式 ( Fluid Energy Equation ) 33
3.1.5 網格特性 34
3.1.6 其他特色 34
3.2 寬頂堰模型建置設定 35
3.2.1 表面糙度值 36
3.2.2 模型建置設定 36
3.2.3 網格設定 38
第四章 數值模擬結果分析 41
4.1 矩形底矩形寬頂堰 41
4.1.1 模擬結果與實驗之比較分析 42
4.1.2 流速及壓力場之討論 43
4.2 三角形底矩形寬頂堰 52
4.2.1 模擬結果與實驗之比較分析 52
4.2.2 流速及壓力場之討論 53
4.2.3 三角形深槽之影響 59
4.3 矩形底梯形寬頂堰 64
4.3.1 模擬結果與實驗之比較分析 64
4.3.2 流速及壓力場之討論 65
4.3.3 梯形側翼之影響 72
4.4 綜合分析 76
4.4.1 堰上流場比較討論 76
4.4.2 水舌段流場現象 79
第五章 結論與建議 82
5.1 結論 82
5.2 建議 84
參考文獻 85
附錄 延伸研究 87
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