本文主要目的是要了解水流經過植被之水動力特性，採用計算流體力學模式模擬水流通過剛體圓柱植被的流動過程。本研究利用 Fluent 軟體中的大渦流模擬模式進行運算，與 Liu et al. (2008) 之實驗結果進行比對，探討亞網格應力模式之 Smagorinsky-Lilly 模式中的 Cs 值的敏感度。當 Cs 值設定為0.1時，水平速度與垂直速度與實驗值最為接近。模擬結果顯示，當水流經過圓柱植被後，會產生渦流及回流之現象，水平速度在植被附近的流動類似於一個具有速度分佈轉折點的混合層，垂直速度在靠近植物頂部的位置會出現向下，表示後方產生渦流造成流體往下帶的結果。

The purpose of this paper is to investigate the hydrodynamic characteristics of flow through the submerged vegetation. Large eddy simulation model in Fluent is applied to present the processes of flow through the rigid cylindrical vegetation. A parameter in the subgrid-scale stresses Smagorinsky-Lilly model, Smagorinsky constant Cs, is calibrated with the laboratory experimental data. Cs values. With the optimal value of 0.1, model results show that horizontal velocity and vertical velocity are in good agreement with the measurements. The phenomenon of vortex and reflux are exhibited behind the cylinder vegetation. Additionally, horizontal velocity profile with an inflection point in the vicinity of the vegetation which resembles a mixing layer. The fluid flows downward behind the vegetation due to vortices generated on the vegetation top.

目錄	iv
圖目錄	vi
表目錄	xii
符號說明	xiii
第一章	緒論	1
1-1前言	1
1-2研究方法	2
第二章	文獻回顧與理論背景	11
2-1文獻回顧	11
第三章	數值模式	17
3-1計算流體力學之方程式的建立	17
3-2離散方法	19
3-3速度及壓力求解方法	21
3-4紊流模式	24
第四章	邊界設定測試	31
4-1測試源由	31
4-2測試結果	34
第五章	模式應用案例	37
5-1網格設計	37
5-2邊界設定	43
5-3紊流模式及離散方法之設定	45
第六章	數值模擬結果	46
6-1觀察點與實驗值之一維速度對照結果	48
6-1-1 水平平均速度與實驗值對照結果	48
6-1-2 垂直平均速度與實驗值對照結果	54
6-2 二維平面圖	59
6-2-1 旋度場與向量圖	59
6-2-2 XZ平面瞬時速度場情況	65
6-2-3 XY平面瞬時速度場情況	76
第七章	結論與建議	95
7-1結論	95
7-2建議	96
第八章	參考文獻	97

 
圖目錄
圖	1-1 Gambit 網格繪製基本步驟(1)	3
圖	1-2 Gambit 網格繪製基本步驟(2)	3
圖	1-3 Gambit 網格繪製基本步驟(3)	4
圖	1-4 Gambit 網格繪製基本步驟(4)	4
圖	1-5 Gambit 網格繪製基本步驟(5)	5
圖	1-6 Fluent求解基本步驟(1)圖	5
圖	1-7 Fluent求解基本步驟(2)圖	6
圖	1-8 Fluent求解基本步驟(3)圖	6
圖	1-9 Fluent求解基本步驟(4)圖	7
圖	1-10 Fluent求解基本步驟(5)圖	7
圖	1-11 Fluent求解基本步驟(6)圖	8
圖	1-12 Fluent求解基本步驟(7)圖	8
圖	1-13 Fluent求解基本步驟(8)圖	9
圖	1-14 Fluent求解基本步驟(9)圖	9
圖	1-15 求解流程圖	10
圖	3-1 質量通量示意圖	20
圖	4-1 測試整體網格劃分圖	32
圖	4-2 測試側邊網格劃分圖	32
圖	4-3 測試頂部網格劃分圖	33
圖	4-4 測試入流出流口網格劃分狀況圖	33
圖	4-5 測試邊界條件設定圖	34
圖	4-6 完全發展流對照圖(Munson et al., 1990)	35
圖	4-7 Velocity inlet及Outflow邊界測試結果	36
圖	4-8 週期性邊界測試結果	36
圖	5-1 水槽俯瞰圖	37
圖	5-2 整體網格劃分狀況圖	39
圖	5-3 圓柱剛體植物網格劃分狀況圖	39
圖	5-4 側邊網格劃分狀況圖	40
圖	5-5 頂部網格劃分狀況圖	40
圖	5-6 底部網格劃分狀況圖	41
圖	5-7 入流出流口網格劃分狀況圖	41
圖	5-8 觀察點位置(1)圖	42
圖	5-9 觀察點位置(2)圖	42
圖	5-10 邊界條件設定圖	44
圖	6-1 資料蒐集示意圖	47
圖	6-2 觀察點一水平方向速度與實驗對照圖	51
圖	6-3 觀察點二水平方向速度與實驗對照圖	51
圖	6-4 觀察點三水平方向速度與實驗對照圖	52
圖	6-5 觀察點四水平方向速度與實驗對照圖	52
圖	6-6 觀察點五水平方向速度與實驗對照圖	53
圖	6-7 觀察點六水平方向速度與實驗對照圖	53
圖	6-8 觀察點一垂直方向速度與實驗對照圖	56
圖	6-9 觀察點二垂直方向速度與實驗對照圖	56
圖	6-10 觀察點三垂直方向速度與實驗對照圖	57
圖	6-11 觀察點四垂直方向速度與實驗對照圖	57
圖	6-12 觀察點五垂直方向速度與實驗對照圖	58
圖	6-13 觀察點六垂直方向速度與實驗對照圖	58
圖	6-14 Case1,25秒 Z = 0.5D旋度場	61
圖	6-15 Case1,25秒 Z = 1D旋度場	61
圖	6-16 Case1,25秒 Z = 5D旋度場	62
圖	6-17 Case1,25秒 Z = 10D旋度場	62
圖	6-18 Case1,25秒 Y = 2.5D旋度場	63
圖	6-19 Case1,25秒 Y = 7.5D旋度場	63
圖	6-20 Case1,25秒XZ平面速度向量	64
圖	6-21 Case1,25秒XY速度向量	64
圖	6-22 Case1,16秒Y = 2.5D瞬時速度場圖	67
圖	6-23 Case1,16秒Y = 10D瞬時速度場圖	67
圖	6-24 Case1,17秒Y = 2.5D瞬時速度場圖	68
圖	6-25 Case1,17秒Y = 10D瞬時速度場圖	68
圖	6-26 Case1,18秒Y = 2.5D瞬時速度場圖	69
圖	6-27 Case1,18秒Y = 10D瞬時速度場圖	69
圖	6-28 Case2,16秒Y = 2.5D瞬時速度場圖	70
圖	6-29 Case2,16秒Y = 10D瞬時速度場圖	70
圖	6-30 Case2,17秒Y = 2.5D瞬時速度場圖	71
圖	6-31 Case2,17秒Y = 10D瞬時速度場圖	71
圖	6-32 Case2,18秒Y = 2.5D瞬時速度場圖	72
圖	6-33 Case2,18秒Y = 10D瞬時速度場圖	72
圖	6-34 Case3,16秒Y = 2.5D瞬時速度場圖	73
圖	6-35 Case3,16秒Y = 10D瞬時速度場圖	73
圖	6-36 Case3,17秒Y = 2.5D瞬時速度場圖	74
圖	6-37 Case3,17秒Y = 10D瞬時速度場圖	74
圖	6-38 Case3,18秒Y = 2.5D瞬時速度場圖	75
圖	6-39 Case3,18秒Y = 10D瞬時速度場圖	75
圖	6-40 Case1,16秒Z = 0.5D瞬時速度場圖	77
圖	6-41 Case1,16秒Z = 1D瞬時速度場圖	77
圖	6-42 Case1,16秒Z = 5D瞬時速度場圖	78
圖	6-43 Case1,16秒Z = 10D瞬時速度場圖	78
圖	6-44 Case1,17秒Z = 0.5D瞬時速度場圖	79
圖	6-45 Case1,17秒Z = 1D瞬時速度場圖	79
圖	6-46 Case1,17秒Z = 5D瞬時速度場圖	80
圖	6-47 Case1,17秒Z = 10D瞬時速度場圖	80
圖	6-48 Case1,18秒Z = 0.5D瞬時速度場圖	81
圖	6-49 Case1,18秒Z = 1D瞬時速度場圖	81
圖	6-50 Case1,18秒Z = 5D瞬時速度場圖	82
圖	6-51 Case1,18秒Z = 10D瞬時速度場圖	82
圖	6-52 Case2,16秒Z = 0.5D瞬時速度場圖	83
圖	6-53 Case2,16秒Z = 1D瞬時速度場圖	83
圖	6-54 Case2,16秒Z = 5D瞬時速度場圖	84
圖	6-55 Case2,16秒Z = 10D瞬時速度場圖	84
圖	6-56 Case2,17秒Z = 0.5D瞬時速度場圖	85
圖	6-57 Case2,17秒Z = 1D瞬時速度場圖	85
圖	6-58 Case2,17秒Z = 5D瞬時速度場圖	86
圖	6-59 Case2,17秒Z = 10D瞬時速度場圖	86
圖	6-60 Case2,18秒Z = 0.5D瞬時速度場圖	87
圖	6-61 Case2,18秒Z = 1D瞬時速度場圖	87
圖	6-62 Case2,18秒Z = 5D瞬時速度場圖	88
圖	6-63 Case2,18秒Z = 10D瞬時速度場圖	88
圖	6-64 Case3,16秒Z = 0.5D瞬時速度場圖	89
圖	6-65 Case3,16秒Z = 1D瞬時速度場圖	89
圖	6-66 Case3,16秒Z = 5D瞬時速度場圖	90
圖	6-67 Case3,16秒Z = 10D瞬時速度場圖	90
圖	6-68 Case3,17秒Z = 0.5D瞬時速度場圖	91
圖	6-69 Case3,17秒Z = 1D瞬時速度場圖	91
圖	6-70 Case3,17秒Z = 5D瞬時速度場圖	92
圖	6-71 Case3,17秒Z = 10D瞬時速度場圖	92
圖	6-72 Case3,18秒Z = 0.5D瞬時速度場圖	93
圖	6-73 Case3,18秒Z = 1D瞬時速度場圖	93
圖	6-74 Case3,18秒Z = 5D瞬時速度場圖	94
圖	6-75 Case3,18秒Z = 10D瞬時速度場圖	94

 
表目錄
表6-1案例各項設定值	47

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