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系統識別號 U0002-1502201101151700
中文論文名稱 二維性水理數值模式建置-二版
英文論文名稱 Development of Two Dimensional Numerical Flow Model - Version 2
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 99
學期 1
出版年 100
研究生中文姓名 紀嘉宥
研究生英文姓名 Chia-Yu Chi
學號 697480415
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-01-15
論文頁數 70頁
口試委員 指導教授-許中杰
委員-施國肱
委員-張凱堯
委員-許中杰
中文關鍵字 邊界轉換法  非均勻底床  抽水井  明渠 
英文關鍵字 Boundary-fitted  Inhomogeneous bottom bed  pumping station  opnen-channel 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要 本研究應用既有之淡大二維性深度平均數值模式
TKUFM2並修改該模式之缺點,修改部份包括(1)可變底床
坡降及(2)資料輸出之方便性。本研究更將模式改為無因次
化以加強模式之收斂性。修改後之模式訂名為TKUFM2-II
在數值演算方面,應用邊界轉換法於物理平面與計算
平面之轉換,於流況模擬時,利用分割操作趨進法將動量
方程式分割為對流項、擴散項及表面力項,配合連續方程
式求解速度場及水深值。對流項以特性法求解,以符合其
物理意義,擴散項以 A.D.I.數值隱性法配合湯馬斯演算法
求解,表面力項則以顯性法求解,再以消散界面有限差分
運算子及隱性法解連續項。
本研究首先應用TKUFM2-II模擬具60o交匯角之明渠
匯流並與吳氏[2]、謝氏[3]及吳氏[4]之試驗值與許氏[5]之解析
解比較。更應用TKUFM2-II模擬明渠分流流況、具有非均
勻底床坡降之直線渠流、下游斷面部份出口之流況及具有內
部抽水井之流況。
英文摘要 In this study use the average depth of two-dimensional numerical model of TKUFM2,and modify the shortcomings of the model including(1)variable bed gradient and (2) ease of data output and mode to non-dimensionless to help the model convergence. The modified model set called TKUFM2-II.
In terms of numerical calculation, the physical domain of the channel was firstly transformed to the computational domain. Thereby, the flow patterns were solved by using the split operator with various numerical schemes on the computational.
The first application of TKUFM2-II to simulation 60o open-channel junction flow ,with the experimental values and the analytical solution for comparison. The study also applied TKUFM2-II to simulation dividing open-channel flow、non-uniform bed slope of the straight channel flow and with the pumping flow conditions.
論文目次 目錄 頁
中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 Ⅲ
圖目錄 IV
第一章 緒 論 1
第二章 文獻回顧 2
第三章 理論基礎與數值分析 4
3.1理論基礎 4
3.1.1 假設及控制方程式 4
3.1.2 邊界條件 6
3.1.3 控制方程式求解 6
3.2邊界條件之數值模擬 17
3.2.1 邊界初始條件 17
3.2.2 計算平面邊界條件 18
3.2.3 邊界條件之求解 19
3.3二維向 Hermite 內插法 23
第四章 結果與討論 26
4.1模擬具60°交匯角之明渠匯流 26
4.2模擬下游部份出口明渠流流場 28
4.3模擬具底床坡降及抽水井明渠流流場 29
第五章 結論與建議 31
符號說明 33
參考文獻 35
附錄(一)  控制方程式之推導 36
附錄(二)  邊界條件之推導 40
附錄(三)  邊界反轉換方程式之求解 42
附錄(四)  控制方程式之差分式推導 44
附錄(五)  邊界轉換法推導 47

圖目錄
圖 1 特性法格點示意圖.......................................................................................... 50
圖 2 Hermite 內插格點示意圖................................................................. 51
圖 3計算邊界條件平面示意圖................................................................ 52
圖 4.1.1 60°交匯角之明渠匯流物理邊界示意圖................................. 53
圖 4.1.2 60°交匯角之明渠匯流使用之網格......................................... 54
圖 4.1.3 2-D Numerical Model流量比為0.1之流線............................ 55
圖 4.1.4 2-D Numerical Model流量比為0.5之流線............................ 56
圖 4.1.5 2-D Numerical Model流量比為0.9之流線........................... 57
圖 4.1.6 60°交匯角之明渠匯流於不同流量比上游水位之比較圖..... 58
圖 4.1.7 60°交匯角之明渠匯流深度平均模式數值模擬無因次水深分
佈圖........................................................................................... 59
圖4.1.8 2-D Numerical Model交匯角60°流量比0.1、0.5和0.9之匯
流無因次水深分佈................................................................... 60
圖 4.1.9 2-D Numerical Model交匯角60°流量比0.1、0.5和0.9之匯
流速度場分佈圖....................................................................... 61
圖 4.1.10 2-D Numerical Model交匯角60°流量比0.1、0.5和0.9於
X/B=1.2處之無因次水深之比較............................................. 62
圖 4.1.11 2-D Numerical Model交匯角60°無因次水深之比較.......... 62
圖 4.1.12 簡化一維性水比預測模式之比較........................................... 63
圖 4.2.1 下游部份出口之物理邊界示意圖........................................... 64
圖 4.2.2 下游部份出口使用之網格....................................................... 64
圖 4.2.3 下游部份出口等速度圖........................................................... 65
圖 4.2.4 下游部份出口等水位圖........................................................... 65
圖 4.2.5 下游部份出口之流線............................................................... 66
圖 4.2.6 下游部份出口之局佈速度向量場........................................... 66
圖 4.3.1 具底床坡降及抽水孔之物理邊界示意圖............................... 67
圖 4.3.2 模擬具底床坡降及抽水井使用之網格................................... 68
圖 4.3.3 具底床坡降及抽水孔等速度圖............................................... 69
圖 4.3.4 具底床坡降及抽水孔等水位圖............................................... 69
圖 4.3.5 具底床坡降及抽水孔局佈速度向量場................................... 70
圖 4.3.6 具底床坡降及抽水孔流線....................................................... 70

參考文獻 參考文獻
1. 吳豐帥,「亞臨界交匯渠流之研究」, 博士論文 , 淡江大學水資源及環境工程研究所 , 臺北(1994)。
2. 謝沛倫,「非等寬60°交匯角明渠流研究」,碩士論文,淡江大學水資源及環境工程研究所,臺北 (1998)。
3. 吳翰泙,「亞臨界明渠會流研究」,碩士論文,淡江大學水資源及環境工程研究所,臺北 (2001)。
4. 許中杰「明渠交匯流水理研究」,行政院國家科學委員會專題研究計畫, pp.G5-4-16。
5. 楊憲彥 ,「蜿蜒河川水理數值模擬」, 碩士論文 , 淡江大學水資源及環境工程研究所 , 臺北(1993)。
6. 王信凱,「二維性水理數值模擬與驗證」,碩士論文,淡江大學水資源及環境工程研究所,臺北 (2004)。
7. Spalding, D.B., “THIRBLE – Transfer of Heat in Rivers, Bays, Lakes and Estraries, “ Heat Transfer Section, Deptment of Mechanical Engineering, Imp. College Report HTS/75/4 (1975)。
8. Fischer, H.B. , E.J. List , J. Imberger , R.C.Y. Koh and N.H. Brooks , "Mixing in Inland and Coastal Waters" , pp. 105 ~ 115 ,(1979)。
9. Holly, F.M. Jr. and J.M. Vsseglio-Polatera , "Dispersion Simulation in Two Dimension Tidal Flow" , J. of Hydraulic Engineering , Vol. 110 , No 7 , pp. 905 ~ 926 , July ,(1984)。
10. 何誠正 ,「應用邊界轉換法於溢洪道流況數值模擬」, 碩士論文 , 淡江大學水資源及環境工程研究所 , 臺北(1991)。
11. 吳豐帥、許中杰,「等寬明渠會流流場之數值模擬」,中國土木水利工程學
刊,(1994)。
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