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研究生: 向韋誠
Siang, Wei-Cheng
論文名稱: 高桶式水力旋流漏斗排砂器深寬比對泥砂去除效率影響之試驗研究
Experimental Study on the Sediment Removal Efficiency of a Deep-Depth Vortex Chamber Type Sediment Extractor due to the Change of Its Aspect Ratio
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: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 85
中文關鍵詞: 旋流漏斗排砂器深寬比表層取水率泥砂去除效率
外文關鍵詞: Vortex chamber type sediment extractor, Aspect ratio, Water intake ratio, Sediment removal efficiency
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  • 水力旋流漏斗排砂器主要由圓柱形漏斗室、下層入流管及上層溢流堰所組成;含砂渾水由下層入流管流入圓柱形漏斗室做圓周運動,利用離心力與重力之交互作用,使水砂分離,將含砂濃度較高的渾水由漏斗底部之底孔排出,相對較乾淨的水由上層溢流堰流出。本試驗研究使用高桶式水力旋流漏斗排砂器,其排砂器直徑48 cm、高度130 cm,上層溢流堰高程可以調整。排砂器之柱體區底部起算至上層溢流堰間的距離稱為桶壁高度Ho。桶壁高度Ho和排砂器直徑D的比值稱為深寬比 (Aspect ratio, Ho/D)。本研究探討三種不同深寬比對泥砂去除效率的影響。試驗配置包含三種懸板配置 (無懸板、雙懸板與三懸板)及兩種排砂底孔 (Du = 0.5 cm與1.0 cm)。試驗分為清水及渾水,清水試驗主要探討排砂器內渦流的情形;渾水試驗使用粉土泥砂 (中值粒徑d50 = 0.041 mm),兩種入流含砂濃度 (Ci = 22 g/l及62 g/l),探討排砂器處理泥砂的情形;試驗為固定流量試驗,入流流量範圍介於70至1,100 ml/s之間,其所對應之表層取水率大約介於25%至75%之間。
    清水試驗結果顯示,深寬比 (Ho/D)較高時排砂器內的渦流強度較弱且流場的穩定性較佳,底孔出流量較多,但表層取水量較少。渾水試驗結果顯示,深寬比較高時泥砂於排砂器內做沉降運動的時間較長,泥砂去除效果較佳。排砂器在處理較細粒徑的泥砂時,需要較高的深寬比來達到較好的泥砂去除效果。綜合試驗結果得知,排砂器處理高含砂渾水時,首先需分析泥砂的粒徑分布,進而設計所需的深寬比,再決定排砂底孔直徑的大小及懸板數量的配置。

    The deep-depth vortex chamber type sediment extractor is composed of vortex chamber, inflow channel, and overflow channel. The muddy water flows into the vortex chamber through a tangential inflow channel, and then moves as a vortex flow inside the chamber. Flows were differentiated into two conditions. First flow goes through the bottom orifice corresponded to muddy water with high sediment concentrations. Second flow goes through the overflow weir, which should be clear water with a low sediment concentrations. The water and sediment will be separated due to the gravity and centrifugal force. In this study, the effects of three different aspect ratios for sediment removal efficiency were investigated. From the experiment results, indicate that sediment particle size distribution analyzes, designing the required aspect ratio, determines the size of bottom orifice, and arrange deflector are essential.

    目錄 中文摘要 I Extended Abstract II 誌謝 VI 目錄 VII 表目錄 IX 圖目錄 X 符號說明 XIV 第一章 前言 1 1.1 研究動機 1 1.2 研究目的 2 1.3 本文架構 4 第二章 文獻回顧 5 2.1 水力旋流漏斗排砂器 5 2.1.1 數值模擬之流場分析 6 2.1.2 模型試驗之排砂機制 8 2.2 高桶式水力旋流漏斗排砂器 11 2.2.1 數值模擬之流場分析 12 2.2.2 模型試驗之排砂機制 14 第三章 水工模型試驗 16 3.1 試驗模型配置 16 3.2 清水試驗配置及方法 24 3.2.1 試驗配置說明 25 3.2.2 試驗方法說明 26 3.3 渾水試驗前置作業 26 3.3.1 試驗泥砂特性分析 26 3.3.2 渾水濃度表示方法 28 3.3.3 渾水濃度量測方法 29 3.5 渾水試驗配置及方法 33 3.5.1 試驗配置說明 33 3.5.2 試驗方法說明 34 第四章 試驗結果與分析 36 4.1 清水試驗結果分析 36 4.1.1清水渦流特性 36 4.1.2 試驗配置對清水渦流之綜合討論 43 4.2 渾水試驗結果分析 44 4.2.1 深寬比於不同懸板配置下對排砂能力之影響 44 4.2.2 懸板配置於不同深寬比下對排砂能力之影響 52 4.2.3 深寬比於不同入流濃度下對排砂能力之影響 61 4.2.4 試驗配置對排砂能力之綜合討論 65 4.3 泥砂粒徑篩分現象結果分析 70 第五章 結論與建議 79 5.1 研究結論 79 5.2 研究建議 81 參考文獻 82

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