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研究生: 許育瑋
Hsu, Yu-Wei
論文名稱: 不同入水深度之筐網圓柱對動床底床變化之試驗研究
Experimental Study on Movable-Bed Elevations for Porous Cylinders with Different Submerged Height
指導教授: 黃進坤
Huang, Chin-Kun
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 水利及海洋工程學系
Department of Hydraulic & Ocean Engineering
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 120
中文關鍵詞: 透水圓柱孔隙率動床底床變動
外文關鍵詞: Porous cylinder, Porosity, Live-bed, Variation of bed
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  • 本研究係在實驗室的直線渠道中進行渾水沖刷之試驗,模擬單支筐網圓柱抬升、埋入底床及潛沒水面下等三種狀況,主要探討不同入水高度之筐網對於底床變動以及流速分布之影響。
    本文試驗參數主要有三項:筐網的入水深度ho、表面孔隙率ε和流量Q。其中筐網入水深度又可細分成三類行為:抬升(hz>0)、埋入(hz<0)及潛沒(hs>0);孔隙率ε則採用0.5及0;流量有Q1=0.039cms(Fr=0.44)及Q2=0.021cms(Fr=0.72)。在Q1時,筐網抬升高度、埋入深度及潛沒深度分別為0、0.21及0.43倍水深,其中抬升高度更達0.86倍水深;在Q2時,筐網設置高(深)度則僅0及0.45倍水深,用以與Q1流況之設置高(深)度0及0.43倍水深比較。
    接著將三項參數進行一系列討論:(1)整體沖淤變化、(2)縱斷面底床沖淤變化、(3)沖刷、淤積量、(4)流速分布。而根據試驗結果,比較各個筐網設置高(深)度、不同孔隙率和不同流量,並得到筐網的入水深度ho與最大淤積高度dmax、最大沖刷深度dmin之關係式。
    試驗結果得知,若筐網圓柱表面孔隙率為0.5時,其水下高度對周圍最大沖刷深度影響很小,而最大沖刷深度之範圍為0.3到0.6倍筐網直徑;若表面孔隙率為0時,筐網水下之高度增加則其最大沖刷深度逐漸變大。因此當ε=0.5之筐網埋入底床深度為0.45倍水深時,無論福祿數Fr=0.44或0.72條件下筐網基礎皆不會裸露;ε=0則皆會裸露。除此之外,筐網的入水深度亦與其背水面淤積丘最大高度呈正相關。

    The main purpose of this study is to observe change of live-bed elevation and velocity distribution in a straight channel in laboratory due to single porous cylinder raised up or buried in bed or surmerged underwater.
    Three experimental parameters of this study are: submerged height of porous cylinder (ho), porosity (ε) and flow (Q).The different ho could represent three acts: raised up (hz>0), buried in bed (hz<0) and surmerged underwater (hs>0); and two porosities (ε) are 0.5 and 0; and two flows are Q1 = 0.039 cms (Fr = 0.44) and Q2 = 0.021cms (Fr = 0.72). In Q1, the heights of porous cylinder raised up or buried in bed or surmerged underwater are respectively 0, 0.21 and 0.43 times water depth, especially hz is up to 0.86 time water depth; in Q2, the heights of porous cylinder raised up or buried in bed or surmerged underwater are 0 and 0.45 times water depth, which compared with 0 and 0.43 times water depth in Q1.
    Then, the three parameters are discussed as following: (1) the overall scour and deposition, (2) the changes scour and deposition in longitudinal section, (3) the maximum scour and deposition, (4) velocity distribution. According to the results, compare different ho, ε and Q. Finally, we get the relationship of the ho and the maximum deposition height (dmax) and maximum scour depth (dmin).
    The experiment results showed that the surmerged porous cylinder heights rarely influenced the maximum scour depth while porosity was 0.5, and the range of maximum scour depth was 0.3 to 0.6 times diameter of the cylinders; the maximum scour depth increased with the increase of the surmerged porous cylinder heights while porosity was 0. Furthermore, the maximum deposition height was associated with the surmerged porous cylinder heights.

    摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VI 表目錄 VIII 符號說明 IX 第一章、緒論 1 1-1研究背景 1 1-2研究動機 2 1-3前人研究 2 1-3-1不透水圓柱體之相關研究 2 1-3-2筐網結構物之相關研究 4 1-4研究目的 6 1-5本文架構 8 第二章、相關理論 10 2-1河川沖刷之特性 10 2-2透水性筐網結構物介紹 12 2-3透水性構造物之特性 13 2-3-1延遲流體分離現象 13 2-3-2降低形狀阻力 15 2-3-3穩定流場 15 2-4 筐網圓柱與不透水圓柱體流場之差異 18 2-4-1流場平面分佈之差異 18 2-4-2流場垂向分佈之差異 20 2-5 筐網的物理參數對流場之影響 22 第三章、實驗設備及條件 23 3-1實驗設備 23 3-2實驗條件 30 3-2-1試驗用砂 30 3-2-2水理條件 31 3-2-3試驗時間 32 3-2-4供砂量 33 3-3實驗內容 36 3-3-1坐標軸設定 36 3-3-2底床地形量測範圍 37 3-3-3流場量測範圍 39 3-3-4試驗組別 40 3-4因次分析 41 3-5實驗步驟 42 第四章、實驗結果與討論 45 4-1不同筐網圓柱設置高度之探討 45 4-1-1筐網圓柱抬升高度之比較 45 4-1-2筐網圓柱埋入高度之比較 52 4-1-3筐網圓柱潛沒深度之比較 57 4-2不同筐網圓柱表面孔隙率之探討 62 4-2-1筐網圓柱抬升高度之比較 62 4-2-2筐網圓柱埋入高度之比較 70 4-2-3筐網圓柱潛沒深度之比較 76 4-2-4縱斷面流速向量場分布之比較 82 4-3不同流量之探討 85 4-3-1筐網圓柱抬升高度之比較 85 4-3-2筐網圓柱埋入高度之比較 92 4-3-3筐網圓柱潛沒深度之比較 98 4-4筐網入水深度對底床沖淤之影響 104 4-4-1筐網入水深度對最大淤積高度之關係 104 4-4-2筐網入水深度對最大沖刷深度之關係 104 4-5綜合討論 108 第五章、結論與建議 109 5-1結論 109 5-2建議 110 參考文獻 111 附錄A 試驗照片 115 A-1 表面孔隙率ε=0.5, Q1=0.039cms 115 A-2 表面孔隙率ε=0, Q1=0.039cms 117 A-3 表面孔隙率ε=0.5, Q2=0.021cms 119 A-4 表面孔隙率ε=0, Q2=0.021cms 120

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