淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
進階搜尋


下載電子全文限經由淡江IP使用) 
系統識別號 U0002-1508200712322400
中文論文名稱 以計算流體力學率定水平向TLCD性質之研究
英文論文名稱 A study of CFD model correction for horizontal movement TLCD
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 土木工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Civil Engineering
學年度 95
學期 2
出版年 96
研究生中文姓名 黃冠中
研究生英文姓名 Kuan-Chung Huang
學號 694310011
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2007-07-18
論文頁數 74頁
口試委員 指導教授-張正興
委員-張正興
委員-吳重成
委員-商能洲
中文關鍵字 調頻液柱阻尼器  體積分律法  滑動網格  計算流體力學 
英文關鍵字 CFD  TLCD  VOF  sliding mesh 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 本論文希望藉由數值模擬來率定不同移動頻率和不同阻塞比水平向TLCD受水平力移動後液面振幅高度,將模擬之結果與前人之實驗結果做比較,以找出最佳預測水平向TLCD液面振幅高度之數值模式。以往率定TLCD之方法都是以實驗為主,實驗模型及量測儀器都是必要的花費,若能設計出高準確性之數值模式取代實驗,就能大幅降低研究成本,也能節省人力及研究時間。
本研究使用計算流體力學軟體Fluent中滑動網格與VOF兩種技術的結合,有效地預測TLCD受水平力移動後液面擺動之振幅,並計算出不同移動頻率和不同阻塞比之水頭損失係數及找出TLCD之自然頻率。紊流模式採用層流模式及 標準紊流模式進行測始,結果發現使用層流模式預測最大液面振幅較 標準紊流模式準確。而在模擬中發現左右兩個垂直柱分別之最大液面振幅有明顯誤差,將網格局部加密後發現誤差值變小,且60~80秒內之平均值不會因此而改變,因此為了增加模擬效率,採用均一結構網格大小,而不採用局部網格加密。
由數值模擬結果與實驗結果比較得知,靠近共振頻率時之最大液面振幅誤差較大,誤差百分比約為10%,其餘移動頻率誤差百分比則為5%以下,而由數值模擬求得之水頭損失係數與TLCD自然頻率之結果和實驗值比較誤差不大,在可接受之容許範圍內。
英文摘要 The purpose of this thesis is to find a better CFD model, the results are compared to experimental measurements, to predict the amplitude of water in the different horizontal movement frequency and oriffice TLCD. Previous studies of TLCD were done by experiments, and it that spend much more money for experimental model and apparatus. If a CFD Model with high accuracy is found to replace the experiment, not only saving the experimental cost, but also the time and the manpower.

Functions of sliding mesh and Volume of Fluid are included CFD models. They are efficient to predict the amplitude which is the result from horizontal force in the TLCD and to calculate the head loss coefficient and the nature frequency of different movement frequency and orifice TLCD. The standard model and the laminar model were adapted to beginning the test. The result of the test was found that the laminar model is more accurate for predicting the amplitude of the largest water surface. In this study, a problem was found that the largest amplitude was not the same at two side vertical columns, and therefore the cell near the water surface was going to adapt for detail. Afterward the amplitude for two side column will be closed, and the average of the amplitude would not be changed at sixty to eighty seconds. To allow for efficiency the cell will adapt for original.

By the comparison between CFD and experiment results, the error is larger about ten percent near the resonance frequency case and five percent for others. However, the head loss coefficient and the natural frequency which is solved by CFD are closed to experiment, and the error is acceptable.
論文目次 目錄
圖目錄 IV
表目錄 VIII
第一章 緒論 1
1-1前言 1
1-2研究動機 1
1-3研究方法 2
1-4研究內容 2
第二章 文獻回顧 3
2-1TLCD簡介 3
2-1-1水平向TLCD無因次化振幅理論公式 4
2-2自由液面之數值模擬 5
2-3計算流體力學數值模擬介紹 5
2-3-1統御方程式 7
2-4 TLCD數值模擬模式設定 8
2-5 VOF模型介紹 9
2-5-1容積比率方程(The Volume Fraction Equaction) 10
2-6滑動網格(Sliding Mesh) 10
2-6-1滑動網格技術 11
2-7動態網格(Moving Mesh) 11
2-7-1動態網格守恆方程式 12
第三章 以數值模擬率定水平向TLCD 14
3-1模擬TLCD之物理參數 14
3-2數值模擬步驟概述 15
3-3 TLCD之雷諾數計算 16
3-4紊流場之選擇 (Standard or Laminar) 17
3-5網格大小之影響 18
3-6局部網格加密 18
3-7動態網格設定 18
第四章 結果與討論 20
4-1率定水平向TLCD 20
4-1-1實際液面振幅比較 20
4-1-2無因次化液面振幅比較 21
4-2觀察內部流體之雷諾數 21
4-3水頭損失係數 22
4-3-1水頭損失係數比較 22
4-4實驗與數值模擬之TLCD自然頻率比較 23
4-5預測阻塞比0%之液面振幅 24
第五章 結論與建議 25
參考文獻 27

圖目錄
圖2-1-1無因次化實驗最大振幅(Model I) 28
圖2-1-2無因次化實驗最大振幅(Model II) I) 28
圖2-1-3無因次化實驗最大振幅(Model III) 29
圖2-1-4無因次化實驗最大振幅(Model IV) 29
圖2-1-1-1 TLCD模型簡圖 30
圖 2-6-1 滑動網格示意圖 30
圖3-2-2 指定動態區域 31
圖3-2-3五種網格大小0.5cm、1cm、1.5cm、2cm、2.5cm之振幅 32
圖3-2-4 50~80sec之最大振幅(實驗值為1.98cm) 33
圖3-4-1 model與Laminar model比較準確度(實驗值:14.16m) 34
圖3-4-2 層流模式之雷諾數分佈 35
圖3-4-4 層流模式之雷諾數分佈 36
圖3-4-5標準 模式之雷諾數分佈 36
圖3-4-6 標準 模式之雷諾數分佈 37
圖3-4-7 標準 模式之雷諾數分佈 37
圖3-5-1 局部網格加密 38
圖3-5-2 比較網格加密前、加密後之振幅 38
圖3-6-1編譯動態網格之C code 39
圖3-6-2設定動態網格區域 39
圖4-1-1 Model I,orifice=20%之最大振幅 40
圖4-1-2 Model I,orifice=40%之最大振幅 41
圖4-1-3 Model I,orifice=60%之最大振幅 42
圖4-1-4 Model I,orifice=80%之最大振幅 43
圖4-1-5 Model II,orifice=20%之最大振幅 44
圖4-1-6 Model II,orifice=40%之最大振幅 45
圖4-1-7 Model II,orifice=60%之最大振幅 46
圖4-1-8 Model II,orifice=80%之最大振幅 47
圖4-1-9 Model III,orifice=20%之最大振幅 48
圖4-1-10 Model III,orifice=40%之最大振幅 49
圖4-1-11 Model III,orifice=60%之最大振幅 50
圖4-1-12 Model III,orifice=80%之最大振幅 51
圖4-1-13 Model IV,orifice=20%之最大振幅 52
圖4-1-14 Model IV,orifice=40%之最大振幅 53
圖4-1-15 Model IV,orifice=60%之最大振幅 54
圖4-1-16 Model IV,orifice=80%之最大振幅 55
圖4-1-2-1數值模擬之振幅與實驗值比較(Model I) 56
圖4-1-2-2數值模擬之振幅與實驗值比較(Model II) 56
圖4-1-2-3數值模擬之振幅與實驗值比較(Model IIII) 57
圖4-1-2-4數值模擬之振幅與實驗值比較(Model IV) 57
圖4-2-1Model I,BR=20%,Freq.=0.491676sec,t=78.35 sec之液面狀態 58
圖4-2-2設定七條線觀察雷諾數之變化 58
圖4-2-3 Line-6之雷諾數變化 59
圖4-2-4 Line-7之雷諾數變化 59
圖4-2-5 Line-1之雷諾數變化 59
圖4-2-6 Line-2之雷諾數變化 60
圖4-2-7 Line-3之雷諾數變化 60
圖4-2-8 Line-4之雷諾數變化 60
圖4-2-9 Line-5之雷諾數變化 61
圖4-4-1 停止受外力下之液面最大振幅變化情形(Model I) 61
圖4-4-2 停止受外力下之液面最大振幅變化情形(Model II) 61
圖4-4-3 停止受外力下之液面最大振幅變化情形(Model III) 62
圖4-4-3 停止受外力下之液面最大振幅變化情形(Model IV) 62
圖4-5-1 Model I,orifice=0%之最大振幅 63
圖4-5-2 Model II,orifice=0%之最大振幅 64
圖4-5-3 Model III,orifice=0%之最大振幅 65
圖4-5-4 Model IV,orifice=0%之最大振幅 66

表目錄
表3-1-1 四種模型之尺寸架構 67
表4-1-1-1 Lh=85 cm , orifice=20% 67
表4-1-1-2 Lh=85 cm , orifice=40% 67
表4-1-1-3 Lh=85 cm , orifice=60% 68
表4-1-1-4 Lh=85 cm , orifice=80% 68
表4-1-1-5 Lh=115 cm , orifice=20% 68
表4-1-1-6 Lh=115 cm , orifice=40% 69
表4-1-1-7 Lh=115 cm , orifice=60% 69
表4-1-1-8 Lh=115 cm , orifice=80% 69
表4-1-1-9 Lh=145 cm , orifice=20% 70
表4-1-1-10 Lh=145 cm , orifice=40% 70
表4-1-1-11 Lh=145 cm , orifice=60% 70
表4-1-1-12 Lh=145 cm , orifice=80% 71
表4-1-1-13 Lh=175 cm , orifice=20% 71
表4-1-1-14 Lh=175 cm , orifice=40% 71
表4-1-1-15 Lh=175 cm , orifice=60% 72
表4-1-1-16 Lh=175 cm , orifice=80% 72
表4-1-1-17 Lh=85 cm , orifice=0% 72
表4-1-1-18 Lh=115 cm , orifice=0% 73
表4-1-1-19 Lh=145 cm , orifice=0% 73
表4-1-1-20 Lh=175 cm , orifice=0% 74
表4-2-1-1 實驗與數值模擬之水頭損失係數 74
表4-4-1 實驗與數值模擬之TLCD自然頻率比較 74

參考文獻 參考文獻
1. Jong-Cheng Wu, Ming-Hsiang Shih, Yuh-Yi Lin, Ying-Chang Shen,“Design guidelines for tuned liquid column damper for structures responding to wind”,Engineering Structures, 27 (2005)
2. “Gambit 2.16 Users Guide.”http://www.fluent.com (2004)
3. “FLUENT 6.1 Users Guide.”http://www.fluent.com (2004)
4. 陳連杰,“高樓抗風TLCD系統之分析與試驗”,國立交通大學土木工程研究所碩士論文(2004)
5. 沈瑛璋,“受風下調頻液柱阻尼器之最佳參數設計”,淡江大學土木工程研究所碩士論文(2004)
6. 黃啟晉,“調諧水柱消能系統之分析與試驗”,國立交通大學土木工程研究所碩士論文(2004)
7. 詹子平,“自由液面影響效應下之潛艦動態潛航研究”,國防大學中正理工學院造船工程研究所碩士論文(2005)
8. 劉政詩,“密閉空間內自由液面之全非線性運動模擬”,淡江大學機械工程研究所碩士論文(2001)
9. 林玫珊,“計算生態流體力學在三維度自由液面植栽帶流場之應用研究”,台灣大學生物環境系統工程學研究所碩士論文(2004)
論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2007-08-20公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2007-08-20起公開。


  • 若您有任何疑問,請與我們聯絡!
    圖書館: 請來電 (02)2621-5656 轉 2281 或 來信