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研究生： 黃裕成
Huang, Yu-Cheng
論文名稱： 複式堰附近之渠流特性及其率定曲線之探討
The Flow in Compound Cross-sectional Weir and Rating Curve
指導教授： 賴泉基
Lai, Chan-Ji
呂珍謀
Leu, Jan-Mou
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： 2002
畢業學年度： 90
語文別： 中文
論文頁數： 96
中文關鍵詞： 濕週 、複式堰 、流量係數
外文關鍵詞： discharge coefficient, wetted perimeter, compound weir
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    • 　　複式堰（Compound weir）因為具有斜側堰之影響，故當水流漫淹至主堰（Main weir）和斜側堰（Side weir）交界處時，將導致濕週（Wetted perimeter）的迅速擴張，造成斷面間之流速分佈的不均一性，因此水流經複式堰時，在不同的流量情況下，其渠流特性有著極明顯的差異。此外，在台灣地區，由於高流量與低流量相差懸殊，因此採用複式堰可以為另一量水設施的選擇，但由於其複雜的特性，所以至今尚無明確的流量關係式可資依循。
    　　本文在試驗渠道中設置一複式堰，藉以分析在不同流量或主堰高度時，其堰上水流特性之變化；同時推導複式堰之流量關係式，求得此實驗模型之流量係數與水深的無因次關係圖，以作為今後複式堰流量設計之參考。

    　　A compound weir is the combination of a main weir and a side weir. In low discharge, water flows in the main weir, as discharge increases water will spill over into the side weir. At this time, the wetted perimeter will rapid extend. The velocity between the main weir and the side weir is non-uniform and the flow characteristic on the weir in high or low discharges are quite different.
    　　The study intends to find a possible relation between the water level and the discharge through a specially designed compound weir. The compound weir has a trapezoidal main section and a sloping side weir. Several experiments are conducted in a flume in which the compound weir is installed at the end section of the flume. A control section is formed at the weir. The discharges, the corresponding water levels and the approaching velocity profiles are measured. The results are analyzed and the discharge formulae for the compound weir as well as a dimensionless diagram of the discharge coefficient and water depth are obtained. This dimensionless discharge coefficient equation provides a guideline for designing compound weir at the same shape, but at different dimensions, for practical applications.

    目錄 中文摘要…………………………………………………………………………Ι 英文摘要…………………………………………………………………………Ⅱ 謝誌…………………………………………………………………………………Ⅲ 目錄………………………………………………………………………Ⅳ 表目錄…………………………………………………………………………Ⅵ 圖目錄…………………………………………………………………………VII 照片目錄…………………………………………………………………………Ⅸ 符號說明…………………………………………………………………………Ⅹ 第一章 緒論…………………………………………………………………………1 　　1-1 研究背景…………………………………………………………………1 　　1-2 前人研究…………………………………………………………………3 　　　　1-2-1 流況分析………………………………………………………...3 　　　　1-2-2 堰的特性………………………………………………………...5 　　　　1-2-3 明渠流各種量水設備性能之比較……………………………...7 　　1-3 本文架構………………………………………………………………….8 第二章 理論背景……………………………………………………………………9 　　2-1 動能修正係數……………………………………………………………9 　　2-2 福祿數…………………………………………………………………...11 　　2-3 流量率定公式………………………………………………………….. 13 第三章 實驗方法及步驟…………………………………………………………. 18 　　3-1 實驗場地………………………………………………………………..18 　　3-2 實驗儀器與設備………………………………………………………..20 　　　　3-2-1 實驗儀器……………………………………………………….20 　　　　3-2-2 儀器之率定…………………………………………………….21 　　　　3-2-3 雜訊消除方式………………………………………………….23 　　3-3 實驗佈置………………………………………………………………..24 　　3-4 實驗步驟………………………………………………………………..28 第四章 實驗結果分析與討論……………………………………………………..30 　　4-1 複式銳緣堰之水流特性………………………………………………..30 　　　　4-1-1 水流軌跡與堰上水面線……………………………………….30 　　　　4-1-2 流速分佈………………………………………………….…....39 　　　　4-1-3 動能修正係數……………………………………………….....68 　　　　4-1-4 福祿數……………………………………………………….....72 　　4-2 流量率定公式………………………………………………………......78 第五章 結論與建議…………………………………………………………….....83 　　5-1 結論……………………………………………………………………..83 　　5-2 建議……………………………………………………………………..84 參考文獻…………………………………………………………………………85 附表一 水流軌跡之實驗數據……………………………………………………..87 附表二 流速剖面之趨勢線係數…………………………………………………..88 附表三 各測點之平均流速與福祿數……………………………………………..92 附表四 不同流量時之P/H1與Cd值關係…………………………………………96 表目錄 表1-1 不同渠道之動能修正係數…………..…………………………………...…3 表1-2 明渠流各種量水設備性能之比較………...…………………………...……7 表4-1 複式堰上之平均流速…………………………...………………………….67 表4-2 各實驗組之動能修正係數…………………………………………………70 表4-3 水深與動能修正係數之無因次關係式…………………………………....70 表4-4 複式堰上之福祿數……………………………………………...………….77 圖目錄 圖1-1 為水流通過一矩形銳緣堰時之示意圖………………..…………………..5 圖1-2 矩形堰之Cd與水深無因次關係圖……………………………..………….6 圖2-1 量測位置及其控制面積示意圖…………………………………….…….10 圖2-2 水流僅在主堰中流動時之示意圖…………………………………….….13 圖2-3 水流恰漫淹至斜側堰時之示意圖………………………………………..14 圖2-4 水流漫淹過整個斜側堰時之示意圖……………………………………..15 圖2-5 複式堰分割之示意圖…………….……………………………………….17 圖3-1 實驗渠道平面佈置圖……………….…………………………………….19 圖3-2 水位計率定關係圖…………………….………………………………….22 圖3-3 定水頭流量率定關係圖………………….……………………………….23 圖3-4 複式堰之前視圖…………………………………..………………………25 圖3-5 改變主堰高度之鐵板前視圖………………………………..……………25 圖3-6 實驗步驟之流程圖………………………………………………..……….29 圖4-1 Q = 0.0265 cms時之水流軌跡……………………………………….…...33 圖4-2 Q = 0.0413 cms時之水流軌跡…………………………………………....34 圖4-3 Q = 0.0265cms、Ym= 12cm時之水面線…………………………………36 圖4-4 Q = 0.0393cms、Ym= 12cm時之水面線…………………………………36 圖4-5 Q = 0.0413cms、Ym= 12cm時之水面線…………………………………37 圖4-6 Q = 0.0460cms、Ym= 12cm時之水面線……….…………………………37 圖4-7 Q = 0.0460cms、Ym= 8.6cm時之水面線…………..…………………….38 圖4-8 Q = 0.0460cms、Ym= 2.6cm時之水面線………………………………….38 圖4-9 Q = 0.0265cms、Ym = 12cm時不同橫向位置之流速剖面……….………42 圖4-10 Q = 0.0393cms、Ym = 12cm時不同橫向位置之流速剖面…….…………45 圖4-11 Q = 0.0413cms、Ym = 12cm時不同橫向位置之流速剖面………………48 圖4-12 Q = 0.0460cms、Ym = 12cm時不同橫向位置之流速剖面…………….....53 圖4-13 Q = 0.0460cms、Ym = 8.6cm時不同橫向位置之流速剖面………….…..56 圖4-14 Q = 0.0460cms、Ym= 2.6cm時不同橫向位置之流速剖面…………...…..59 圖4-15 Q = 0.0265cms、Ym = 12cm時之等流速圖…………………….…………62 圖4-16 Q = 0.0393cms、Ym = 12cm時之等流速圖…………………….…….…..62 圖4-17 Q = 0.0413cms、Ym = 12cm時之等流速圖…………………………….…62 圖4-18 Q = 0.0460cms、Ym = 12cm時之等流速圖…………………….……..…..63 圖4-19 Q = 0.0460cms、Ym = 8.6cm時之等流速圖………………………………63 圖4-20 Q = 0.0460cms、Ym = 2.6cm時之等流速圖………………………………63 圖4-21 Q = 0.0265cms、Ym = 12cm時之斷面平均流速分佈…………………....64 圖4-22 Q = 0.0393cms、Ym = 12cm時之斷面平均流速分佈…………………....64 圖4-23 Q = 0.0413cms、Ym = 12cm時之斷面平均流速分佈……………..……..65 圖4-24 Q = 0.0460cms、Ym = 12cm時之斷面平均流速分佈…………………….65 圖4-25 Q = 0.0460cms、Ym= 8.6cm時之斷面平均流速分佈…………………….66 圖4-26 Q = 0.0460cms、Ym= 2.6cm時之斷面平均流速分佈…………………….66 圖4-27 水深與動能修正係數之無因次關係圖……………………………….….71 圖4-28 Q=0.0265cms、Ym=12cm時之福祿數分佈………………….…………..74 圖4-29 Q=0.0393cms、Ym=12cm時之福祿數分佈…………………..………….74 圖4-30 Q=0.0413cms、Ym=12cm時之福祿數分佈…………………..………….75 圖4-31 Q=0.0460cms、Ym=12cm時之福祿數分佈…………………..………….75 圖4-32 Q=0.0460cms、Ym=8.6cm時之福祿數分佈……………………..………76 圖4-33 Q=0.0460cms、Ym=2.6cm時之福祿數分佈………………………..……76 圖4-34 流量與水深之關係圖…………………………………………………..…81 圖4-35 Cd與水深之無因次關係圖……………………………..………………....82 照片目錄 照片3-1 複式堰之前視圖………………………………………………………..26 照片3-2 複式堰之後視圖………………………………………………………..26 照片3-3 接線盒…………………………………………………………………..26 照片3-4 電腦設備………………………………………………………………..26 照片3-5 電容式水位計…………………………………………………………..26 照片3-6 電磁式流速儀…………………………………………………………..26 照片3-7 水位計之架設…………………………………………………………..27 照片3-8 流速儀之架設…………………………………………………………..27 照片3-9 三角堰…………………………………………………………………..27 照片3-10 導流段…………………………………………………………………..27 照片3-11 水流經複式堰之流況…………………………………………………..27 照片3-12 水流經複式堰之後視圖………………………………………………..27 照片4-1 流經複式堰之水流軌跡………………………...……………………...35

    參考文獻

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    下載圖示 校內：立即公開
    校外：2002-08-27公開
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