簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 彭仲文
Peng, Chung-Wen
論文名稱: 漏斗式排砂器表面水流顆粒質點運動軌跡及流速之研究
Study on Surface Particle Moving Trajectories and Velocities for Water Flow in a Vortex-Chamber-Type Sediment Extractor
指導教授: 詹錢登
Jan, Chyan-Deng
共同指導教授: 羅偉誠
Lo, Wei-Cheng
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: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 60
中文關鍵詞: VoronoïPTV漏斗式排砂器
外文關鍵詞: Voronoï, PTV, Vortex-chamber-type sediment extractor
相關次數: 點閱:73下載:3
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 本論文利用粒子流動影像法分析排砂漏斗內的表面流速與顆粒運動軌跡,所用的粒子影像分析技術為質點軌跡測速法(PTV),並採用Voronoï法進行配對。
    在影像分析上,前處理部分首先選擇適當的門檻值後並進行濾波處理,用以減少雜訊及加強顆粒的輪廓,於試驗中建議顆粒的像素大小約為4個像素以上時,對此試驗圖片內的顆粒抓取其效果較佳。程式的參數設定可依其所要分析的渦流半徑範圍區域內的顆粒運動狀況,加以嘗試多次並可做適時地參數調整,以便得出較好的處理成果。
    試驗方面,在漏斗式排砂器內灑入單一粒徑的聚丙烯顆粒,其平均粒徑為4mm,而控制的試驗變因有入流流量及兩種底孔孔徑大小的配置,試驗搭配DV攝影機進行拍攝。分析後顯示底孔的孔徑大小及入流流量的變化會影響到渦流的高流速區域範圍,渦流的表面流速離中心越近其速率也越大。在試驗區域劃分成四個象限,顯示水流以切線方向流入的第一象限和第四象限其流速較其它兩象限來的快。由流速計量測出來的第一象限水面下2cm處之流速,跟用本文所使用的粒子流動影像法所分析出來的流速相比,其為相近。

    In this thesis, we used particle image processing method to analyze the velocities of surface water flow and to track surface particle moving trajectories in the vortex-chamber-type sediment extractor. The particle image analysis technique applied here was particle tracking velocimetry (PTV), and the analysis method was Voronoï match algorithm.
    About image analysis, in the pre-processing part, we chose the proper threshold value, and conducted filter processing to decrease noise and to enhance pellet profile. The experiment showed that it would be most efficient to pick out the pellet in the experimental image when the size of pellet was more than 4 pixels. In order to obtain a better processing result, the setting of the program parameters could be tried and revised many times according to how the pellet move in the area of vortex radius.
    About the experiment part, we placed polypropylene particles of 4mm longed diameter in average into the vortex-chamber-type sediment extractor. The variables were the inflow discharges and combinations of the two different sizes of bottom aperture. Moreover, the entire experiment would be videoed. The analysis results showed that the size of the bottom aperture and the inflow discharges influenced the high speed part of vortex. In addition, the closer the surface flow velocity was to that of the vortex center, the higher the speed would be. The experimental area was divided into four quadrants, and it seemed that the flow velocity of the water came into the first and fourth quadrants along the tangent direction was higher than that of the other two quadrants. The flow velocity at the area 2cm under the water surface in the first quadrant counted out by the current velocity meter, and that generated by particle image processing method were very similar.

    目錄 中文摘要 I ABSTRACT II 誌謝 III 目錄 IV 表目錄 VI 圖目錄 VII 符號表 XI 第一章 緒論 1 1-1 研究動機與目的 1 1-2 文獻回顧 2 1-3 本文架構 6 第二章 試驗設備介紹 7 2-1 排砂漏斗主要模型設備 7 2-2 試驗材料與攝影相關設備 13 2-3 試驗條件與步驟 16 第三章 影像處理分析 19 3-1質點軌跡測速法介紹 19 3-2 圖片處理及程式參數選取 23 3-3 試驗影像處理流程 32 第四章 試驗結果與分析 35 4-1 排砂漏斗二維水流流速分析 35 4-2 量測水面下流速 44 第五章 結論與建議 48 5-1 結論 48 5-2 建議 49 參考文獻 50 附錄 試驗成果相關圖表資料 A-1

    1. 王順久、周著、侯杰、邱秀云,「排砂漏斗的水流特性試驗研究及其工程應用」,水利學報,第7期,pp.104-109,2002。
    2. 李琳、牧振傳、周著,「排砂漏斗截沙率計算」,水利水電科技進展,第27卷,第4期,pp.50-54,2007。
    3. 邱秀云、侯杰、周著,「排砂漏斗的流場特性及輸沙機理」,中國農村水利水電,第4期, 1999。
    4. 侯杰、王順久、周著、王忠、欒文,「全沙排沙漏斗渾水流場特性及輸砂規律」,泥砂研究,第6期,pp.63-67,2000。
    5. 唐毅、周著、吳持恭,「排沙漏斗切向流速分佈規律的研究」,四川水利發電,第16卷,第3期,pp.77-81,1997。
    6. 唐毅、吳持恭,「排沙漏斗三維渦流水流結構」,水利學報,第4期,pp.55-59,1999。
    7. 唐毅、周著、吳持恭,「排沙漏斗三維渦流流場脈動特性研究」,水利學報,第2期,pp.17-21,2002。
    8. 徐郁超,「導流墩對漏斗式排砂器內流場穩定效果之研究」,國立成功大學水利及海洋工程研究所碩士論文,2008。
    9. 陳軍豪,「利用Hough轉換追蹤顆粒流體中顆粒運動之軌跡」,國立成功大學水利及海洋工程研究所碩士論文,2007。
    10. 黃世霖,「運用粒子追跡測速法探討旋轉水槽中單一渦漩演變之流場結構」,國立台灣大學應用力學研究所碩士論文,2003。
    11. 黃聰憲,「漏斗式排砂器水流特性及排砂效率之試驗研究」,國立成功大學水利及海洋工程研究所碩士論文,2007。
    12. 彭子軒,「慢顆粒流之輸送帶實驗與影像分析」,國立中央大學土木工程研究所碩士論文,2002。
    13. 繆紹剛 編譯,Gonzalez Woods原著,“數位影像處理 第二版”台灣培生教育出版,2003。
    14. Anwar, H.O., “Turbulent Flow In A Vortex,” Journal of Hydraulic Research, Vol. 7, No.1 pp. 1-29, 1969.
    15. Athar, M., Kothyari, U. C., and Garde, R. J., “Sediment Removal Efficiency of Vortex Chamber Type Sediment Extractor,” Journal of Hydraulic Engineering, ASCE,128(12), 553-562, 2002.
    16. Capart, H., Young, D. L., and Zech. Y., “Voronoï imaging methods for the measurement of granular flows,” Experiments in Fluids, Vol. 32, pp. 121-135, 2002.
    17. Capart, H. PARTICLE FLOW IMAGING . Lecture notes, National Taiwan University, Spring 2010.
    18. Cecen, K. and Bayazit,M. “Some Laboratory Studies of Sediment Controlling Structures,” Proc. 9th Congress of ICID, Moscow, pp. 107-111, 1975.
    19. Jähne, B.:Digital image processing.(Springer, Berlin Heidelberg New York 2005).
    20. Jain , R., Kasturi, R. and Schunck B.G.: Machine Vision. (McGraw-Hill, New York, 1995.)
    21. Julien, P. Y., “Concentration of very fine silts in a steady vortex,” Journal of Hydraulic Research, Vol.24, No.4, pp.255-264, 1986.
    22. Lueptow, R. M., Akonur, A., and Shinbrot T., “PIV for granular flows,” Experiments in Fluids, Vol. 28, pp.183-186, 2000.

    下載圖示 校內:2015-08-30公開
    校外:2015-12-31公開
    QR CODE