窄渠中表面波以及水砂混合流體侵蝕率之探討

Translated title of the thesis: Study on Surface Wave Pattern and Erosion Rate over Erodible Bed in a Narrow Rectangular Straight Chute
  • 賴 冠岑

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

本文目的在於探討夾砂水流中底床侵蝕與堆積之機制及其發展過程。利用π理論之變數分析,找出水砂混合流體之流場中最重要的無因次參數,並將侵蝕率與流場條件關聯。為了能精確的量測水砂混合流體之速度場分佈,實驗於矩形窄渠中進行,以避免三維的流動現象。實驗中加入堰體並以不同的渠道傾角進行觀測,以高速攝影機記錄非穩態的水砂混合流體之動床變化過程,並以粒子影像測速法(Digital Particle Image Velocimetry,DPIV)分析其速度場。 窄渠中會有表面波產生,此現象使得液面流速減緩。本研究藉由觀測及分析純水中的表面波現象,以理解此波之物理機制。此外更進一步的推導出本研究之穩定表面波型式並解析之。PIV分析之速度場結構代入POD進行計算,找出表面波對流場流動的特徵影響,以解釋表面波液面流速較緩之因素。 透過實驗之分析可知,動床之混合層速度分佈近似線性,而根據此分佈型態,本研究提出新的底床啟動條件。此外本研究之侵蝕式沿續Li and Duffy (2011),顆粒沉降與底床侵蝕能同時發生之概念,將π因子與混合層沉降及新底床啟動條件結合,成為本研究之π理論侵蝕式。本文中最重要的π因子有: (1)底床顆粒之黏滯力與慣性力之比值(NBag-1,考量間隙流體的黏度);(2)底床顆粒之重力與慣性力之比值(NSav-1,考量顆粒間的碰撞);(3)混合層厚度與整體水深之比值;(4)清水層平均流速與混合層界面流速之比值(考量深度方向的速度分佈並不均勻)。
Date of Award2017 Jul 28
Original languageChinese
SupervisorYih-Chin Tai (Supervisor)

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