簡易檢索 / 詳目顯示

回結果列表
研究生： 陳睿彥
Chen, Jui-Yen
論文名稱： 明渠水深流速分佈公式之探討
Flow-Depth Velocity Distribution Equations for Open Channel Flows
指導教授： 詹錢登
Jan, Chyan-Deng
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： 2003
畢業學年度： 91
語文別： 中文
論文頁數： 46
中文關鍵詞： 流速分佈 、冪定律 、對數律
外文關鍵詞： velocity profile, log-low, power-low
相關次數： 點閱：50  下載：13 
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

    • 本文首先回顧對數律明渠水深流速分佈公式及Coles(1956)尾流修正式，比對在不同渠流環境下之尾流強度係數 及影響流速分佈之因素。結果顯示前人在不同渠流環境下之 值介於-0.27至0.65之間,而且研究資料也顯示當壓力梯度及邊壁效應影響顯著時，調整尾流強度係數仍然無法有效修正描述流速分佈。本文提出新的流速修正方式，均以最大流速水深為基礎將流速分佈區分為上下兩個區域，每個區域均以Coles的尾流函數來描述流速分佈，但採用不同之尾流強度係數為 與 。當 等於 時，則等於Coles的流速修正方法。本文將所提之雙層流速分佈修正方法與Coleman(1981)及Kirkgöz and Ardiclioğlu(1997)實測資料作對比，結果顯示本文所提之雙層流速分佈模式能有效描述實測流速分佈，而尾流強度係數 值介於0.94至1.6之間， 值介於-0.02至0.69之間。
    此外，本文探討冪定律流速分佈修正公式並與實測資料作對比，結果顯示冪定律修正式也能有效描述實測流速分佈。其中與Coleman(1981) 實測資料作對比，本文所提之修正函數 中，當固定 時，流速修正量 介於0.15至0.28之間，且其大小與渠流平均濃度C成正比關係。

    The log-low flow-depth velocity distribution equations for open channel flow and the Coles’ wake-flow function were reviewed wake-strength coefficient in the wake function at various flow conditions were compared. The result reveals that the values of are presented by previous investigators between -0.27 and 0.65. It is also found that Cloes’s revised wake-flow function can not well describe the velocity distributions for some open channel flows which are influenced by the pressure gradient and the side-wall-effects. We propose a method to overcome the problem. The velocity distribution is divided into upper region and lower region at the basis on the depth where the maximum velocity. When the two coefficients are the same which to be equal to the Cloes revised wake-flow function. Comparison of the proposed double-layer velocity distribution with measured data by Cloemen(1981) and Kirkgoz and Ardiclikglu(1997). The results show that the present proposed method can well describe the velocity distributions, with between 0.9 and 1.6 and between -0.02 and 0.69.
    Besides, the modified functions for the power-low equation are also investigated in the present study. A modified function F(y/ )= is proposed for the power-low velocity distribution, and compared with the measured data. It shows that the revised power-low equation can well describe the velocity distribution. Based on Coleman’s data , and the velocity correction is between 0.15 and 0.28, and proportional with the vertically averaged volumetric sediment concentration.

    中文摘要………………………………………………………………………..i 英文摘要………………………………………………………………...……..ii 誌 謝……………………………………………………………………....iii 目 錄………………………………………………………………………iv 表 目 錄……………………………………………………………………...vii 圖 目 錄……………………………………………………………………..viii 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.1.1　對數律水深流速分布 1 1.1.2　冪定律水深流速分佈 4 1.2 本文之研究動機 4 1.3 本文所作之研究項目 5 第二章 影響水深流速分佈之因素 6 2.1 渠道寬深比及邊壁的影響 6 2.2 底床條件與懸浮載的影響 6 2.3 渠流雷諾數的影響 7 2.4 渠床坡度 變化的影響 7 2.5 水流發展過程的影響 7 2.6 尾流強度係數 的變化 8 第三章 對數律流速公式之修正 12 3.1 水深流速分佈量測資料 12 3.2 對數律流速分佈中最大速度 及其對應水深 15 3.2.1　實測流速分佈與對數律之比較 15 3.3 Coles之尾流修正式 16 3.3.1　實測流速分佈和Coles尾流修正式之比較 18 3.4 Wangs之水深流速分佈修正式 21 3.4.1　實測流速分佈和Wangs修正式之比較 21 3.5 以不同修正函數分段描述對數律水深流速分佈 22 3.5.1　 Log-law- 和實測流速分佈之比較 23 3.6 修正係數之比較分析 26 第四章 冪定律流速公式之修正 27 4.1 冪定律水深流速分佈中最大速度 及其對應水深 27 4.1.1　冪定律與實測流速分佈之比較 27 4.2 以最大流速修正量 修正冪定律水深流速分佈 31 4.2.1　 Power-law- 和實測流速分佈之比較 32 4.3 不同修正函數修正對數律及冪定律之綜合比較分析 36 4.3.1　對數律及加入尾流函數之比較 36 4.3.2　最大流速發生在水面下時，不同修正函數描述水面偏離之比較37 4.3.3　冪定律流速分佈及Power-law- 之比較 38 第五章 結論與建議 40 5.1 結論 40 5.2 建議 41 參考文獻 42 附錄A 前人實驗之水深流速分佈 44 附錄B 冪定律之相關係數表 46 表目錄 表2.1 不同條件之流速分佈影響因子與尾流強度係數 關係表 11 表3.1 實測流速分佈(Coleman, 1981)和Coles尾流修正式之比較 20 表3.2 實測流速分佈(Kirkgöz and Ardiclioğlu, 1997)和Coles尾流修正式之比較 20 表3.3 實測流速分佈(Coleman, 1981)和Log-law- 修正式之比較 24 表3.4 實測流速分佈(Coleman, 1981)和Log-law- 修正式之比較 24 表4.1 冪定律流速分佈和實測流速分佈(Coleman, 1981)之比較 29 表4.2 冪定律流速分佈和實測流速分佈(Kirkgöz and Ardiclioğlu, 1997)之比 較 29 表4.3 Power-law- 和實測水深流速分佈(Coleman, 1981)之比較 35 表4.4 以Power-law- 和實測水深流速分佈(Kirkgöz and Ardiclioğlu, 1997)之比較 35 圖目錄 圖1.1 對數律水流分佈及流速分佈的偏離現象 2 圖1.2 不同尾流強度 值下，尾流函數 隨水深之變化 3 圖1.3 不同尾流強度 值下，尾流函數 隨水深之變化 3 圖2.1 渠流最大流速之水深 沿橫向斷面之變化(其中z=0，在渠流中心軸；=0.5b，在渠牆上)(Kirkgöz and Ardiclioğlu, 1997) 10 圖2.2流速修正律(Velocity-defect-law)中 和 之計算(Coles, 1956) 10 圖3.1 Coleman (1981)Dimensionless flow velocity的七組實測水深流速分佈 13 圖3.2 Kirkgöz and Ardiclioğlu (1997)矩形渠槽之水深流速分佈測點佈置圖 13 圖3.3 Kirkgöz and Ardiclioğlu (1997)實測水深流速分佈在橫方向不同位置之變化 14 圖3.4實測流速分佈(Coleman, 1981)與對數律流速分佈之比較 16 圖3.5尾流函數 隨水深及 變化比較圖 17 圖3.6實測水深流速分佈和Coles尾流修正式之比較 18 圖3.7實測水深流速分佈和Coles尾流修正式之比較 19 圖3.8 Wang et al.(2001)的流速分佈修正式和實測水深流速分佈之比較 22 圖3.9 Log-law- 修正式和實測水深流速分佈之比較 24 圖3.10 Log-law- 修正式和實測水深流速分佈之比較 25 圖3.11尾流強度係數 值和理查德森數 之比較 26 圖4.1冪定律流速分佈和實測流速分佈(Coleman, 1981)之比較 28 圖4.2冪定律流速分佈和實測流速分佈(Kirkgöz and Ardiclioğlu, 1997)之比較 30 圖4.3最大流速修正量 之定義示意圖 32 圖4.4 Power-law- 和實測水深流速分佈(Coleman, 1981)之比較 33 圖4.5 Power-law- 和實測水深流速分佈(Kirkgöz and Ardiclioğlu,1997)之比較 34 圖4.6不同尾流強度係數 之流速分佈變化圖 36 圖4.7 Log-law- 和尾流修正式之比較 37 圖4.8尾流函數和流速修正函數對於水面流速偏離之比較 38 圖4.9冪定律及加入流速修正函數 之描述比較圖 39 符號表 在水深y方向的流速 剪力速度 馮卡門(Von Kármán)係數 運動黏滯係數 粗糙高度 尾流函數(Wake function) 尾流強度係數(Wake Strength Coefficient) a 冪定律係數 m 冪定律指數 寬深比 雷諾數 S 渠床坡度 流速分佈中最大流速 流速分佈中最大流速對應之水深 理查德森數(Richardson Number) 流體密度 含砂水體之平均密度 位於水深y= 處之含砂水體密度 在水深y= 處之含砂水體密度 非穩態之明渠流壓力梯度 h 水深 流速修正函數 水表面 處之實測流速 對數律表面流速修正量 比例常數 邊壁摩擦係數 隨水深變化之偏移係數 時之尾流強度係數 時之尾流強度係數 C 水流平均濃度 最大流速修正量 冪定律估計最大流速

    1. 蔡宇龍，「應用改良式坡度-面積法分析河道阻力之研究」，國立成功大學水利及海洋工程研究所碩士論文，2000。

    2. Afzalimehr, H., and Anctil, F. (2000). “Accelerating shear velocity in gravel-bed channels,” Hydrological Sciences-Journal-des Sciences Hydrologiques. Vol. 45, No. 1, pp.113-124.

    3. Coles, D. (1956). “The law of the wake in the turbulent boundary layer,” J. Fluid Mechanics, Vol.1, pp.191-226.

    4. Coleman, N. L. (1981). “Velocity Profiles with suspended sediment,” Journal of Hydraulic Research, Vol. 19, No. 3, pp.211-229.

    5. Chen, C. L. (1991). “Unified Theory on Power Laws for Flow Resistances,” Journal of Hydraulic Engineering Vol. 117, No. 3, pp.371-389.

    6. Carollo, F. G., Ferro, V., and Termini, D. (2002). “Flow Velocity measurements in Vegetated Channels,” Journal of Hydraulic Engineering Vol. 128, No.
    7, pp.664-673.

    7. Knight, D. W. and Patel, H. S. (1983). “Boundary Shear in Smooth Rectangular Ducts,” Journal of Hydraulic Engineering Vol. 111, No. 1, pp.29-47.

    8. Kirkgöz, M. S. (1989). “Turbulent Velocity Profiles for Smooth and Rough Open Channel Flow,” Journal of Hydraulic Engineering Vol. 115, No. 11, pp.1543-1561.

    9. Kirkgöz, M. S., and Ardiclioğlu, M. (1997) .“Velocity Profiles of Developing and Developed Open Channel Flow,” Journal of Hydraulic Engineering Vol. 123, No. 12, pp.1099-1105.

    10. Neru, I. and Rodi, W. (1986). “Open-Channel Flow Measurements with A Laser Doppler Anemometer,” Journal of Hydraulic Engineering Vol. 112, No. 5, pp.335-355.

    11. Parker, G., and Coleman, N. L. (1986). “Simple Model sediment-laden flows,” Journal of Hydraulic Engineering, Vol.112, No.5, pp.356-375.

    12. Sarma, K. V. N., Lakshminarayana, P., and Lakshmana Rao, N. S. (1983). “Velocity Distribution in Smooth Rectangular Open Channels,” Journal of Hydraulic Engineering Vol. 109, No. 2, pp.270-289.

    13. Smart, G. M. (1999). “Turbulent Velocity Profiles and Boundary Shear in Gravel Bed Rivers,” Journal of Hydraulic Engineering Vol. 125, No. 2, pp106-116.

    14. Song, T. C., and Graf, W. H. (1994). “Non-uniform open channel over a rough flow,” Journal of Hydraulic Engineering Vol. 122, No. 1, pp1-25.

    15. Song, T., and Graf, W. H. (1996). “Velocity and Turbulence Distribution in Unsteady Open-Channel Flows,” Journal of Hydraulic Engineering Vol. 122, No. 3, pp141-154.

    16. Smart, G. M., Maurice, J. D., and Jeremy, M. W. (2002). “Relatively Rough Flow Resistance Equations,” Journal of Hydraulic Engineering Vol. 128, No. 6, pp568-578.

    17. Tominaga, A., and Nezu, I. (1992). “Velocity Profiles in Steep Open-Channel Flows,” Journal of Hydraulic Engineering Vol. 118, No. 1,pp.73-90.

    18. Umeyama, M. (1999). “Velocity and Concentration Fields in Uniform Flow with Coarse Sands,” Journal of Hydraulic Engineering Vol. 125, No. 6, pp.653-656.

    19. Xia, R. (1997) “Relation between Mean and Maximum Velocities in A Natural River,” Journal of Hydraulic Engineering Vol. 123, No. 8, pp.720-723.

    20. Yen, B. C. (2002). “Open Channel Flow Resistance,” Journal of Hydraulic Engineering Vol. 128, No. 1, pp20-38.

    下載圖示 校內：2004-07-11公開
    校外：2004-07-11公開
    QR CODE