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研究生: 田愷捷
Tyan, Kai-Chieh
論文名稱: 應用Flow-3D模擬明渠水流流經複合銳緣堰之流場特性
Simulating Open-Channel Flows Over Compound Sharp-Crested Weirs Using Flow-3D Software
指導教授: 詹錢登
Jan, Chyan-Deng
共同指導教授: 龔誠山
Kung, Chen-Shan
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 水利及海洋工程學系碩士在職專班
Department of Hydraulic & Ocean Engineering (on the job class)
論文出版年: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 104
中文關鍵詞: 複合堰流三維模擬二次流迴水效應
外文關鍵詞: Compound cross-sectional weir, three-dimensional numerical simulation, secondary flow, backwater effect
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  • 複合堰是水利工程上常見的工程設施,用於控制或調整河道流量。本研究利用Flow-3D商用軟體模擬水流流經四種複合銳緣堰之流場,分析水位及流量關係,將模擬所得之水位流量關係與實驗資料及相關理論公式進行比較。由數值模擬結果之水位流量略小於實驗值,水位與流量為實驗值之93~95%,顯示Flow-3D對於複合銳緣堰流場模擬具有良好效益。
    分析四種複合堰型過堰剖面之流速分布,顯示最高流速為平均流速之1.38至1.45倍,且最高流速於矩形底堰在主堰堰口靠近底部兩側位置,於三角底堰在主堰堰口上方約三分之一至五分之一之過堰水頭高位置。探討中軸處流速分布,顯示側堰之面積增加,會反應到過堰流速的提昇,而且也能反應最高流速並非位於堰口底部。
    本研究另外經由流線分布,分別探討表層水體及渦流範圍之流動方式,並歸納得到渦流範圍受到無因次化堰上水頭高所控制。

    In this paper, Flow-3D model was applied to simulating open-channel flows over compound sharp-crested weirs. The accuracy of discharge and water level relationship from simulation with experimental results of 93 to 95% .
    Analyzed compound weir section velocity distribution, plain velocity,vectors, streamline distribution, we find out the three dimensional fluent characteristic. Maximum flow velocity of 1.38 to 1.45 times the average velocity, the maximum velocity at the sides of the main weir bottom position, and triangular weir at the top end of the main weir weir to about one-third of the fifth over the weir head high position. Discussion the middle axis velocity distribution, the max and average velocity would increase with the area of side weir.
    We know the flow path of surface and the area of vortex water by streamline distribution. The range of vortex control by dimensionless head over the weir.

    摘要 I 誌謝 VII 目 錄 VIII 表目錄 XI 圖目錄 XII 符號說明 XVI 第一章 前言 1 1.1 研究目的 1 1.2 前人研究 2 1.2.1 基本堰型 2 1.2.2 複式銳緣堰 7 1.2.3 數值模式應用於流場分析相關研究 9 1.3 論文架構 11 第二章 理論基礎 13 2.1 堰流公式推導 13 2.1.1 基本假設 13 2.1.2 矩形堰流公式 14 2.1.3 三角形堰流公式 15 2.2 複合堰流量計算 16 2.2.1 複式三角缺口堰 16 2.2.2 詹錢登等人複合堰流量計算 18 第三章 數值計算 20 3.1 Flow-3D數值方法 20 3.1.1 控制方程式 20 3.1.2 連續方程式 21 3.1.3 動量方程式 21 3.1.4 能量方程式 22 3.1.5 網格特性 22 3.1.6 其他特色 22 3.2 模型建置設定 23 3.2.1 表面糙度敏感度分析 23 3.2.2 網格尺寸敏感度分析 24 3.2.3 模型建置設定 25 3.2.4 網格設定 27 第四章 結果與討論 31 4.1 矩形底矩形銳緣堰 31 4.1.1 模擬案例介紹 31 4.1.2 模擬結果與探討 32 4.2 矩形底梯形銳緣堰 48 4.2.1 模擬案例介紹 48 4.2.2 模擬結果與探討 49 4.3 三角形底矩形銳緣堰 62 4.3.1 模擬案例介紹 62 4.3.2 模擬結果與探討 63 4.4 三角形底梯形銳緣堰 76 4.4.1 模擬案例介紹 76 4.4.2 模擬結果與探討 77 4.5 模擬成果分析比較 90 4.5.1 堰口流速分布比較 90 4.5.2 堰口中軸流速比較 93 4.5.3 流線分布分析 98 第五章結論與建議 101 5.1 結論 101 5.2 建議 102 參考文獻 103

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    下載圖示 校內:2016-09-01公開
    校外:2016-09-01公開
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