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系統識別號 U0002-1403201612511900
中文論文名稱 應用大渦流模擬水流經過剛性植被之研究
英文論文名稱 Applications of Large-Eddy Simulations to Flow Through Rigid Vegetation
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 水資源及環境工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Water Resources and Environmental Engineering
學年度 104
學期 1
出版年 105
研究生中文姓名 諸百興
研究生英文姓名 Bai-Shing Jhu
學號 602480195
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2016-01-11
論文頁數 100頁
口試委員 指導教授-蘇仕峯
委員-李政賢
委員-戴璽恆
委員-蘇仕峯
中文關鍵字 計算流體力學  大渦流模擬  紊流  植被  Fluent 
英文關鍵字 Computational Fluid Dynamics  Large Eddy Simulation(LES)  Turbulent Flow  Vegetation  Fluent 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要 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。
英文摘要 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.
論文目次 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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論文使用權限
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