异重流运移之水槽试验与数值模拟-TaiwanWaterConservancy.PDF

臺灣水利　第 58 卷　第 4 期 Journal of Taiwan Water Conservancy 民國 99年 12 月出版 Vol. 58, No. 4, December 2010 異 重 流 運 移 之 水 槽 試 驗 與 數 值 模 擬 Experiment and Simulation for the Movement of Density Current in a Flume 李　豐　佐 賴　進　松* 譚　義　績 ONG UO EE IHN UNG AI IH HI AN F -Z L J -S L Y -C T 國立臺灣大學生物環境系統工程學系 國立臺灣大學水工試驗所研究員暨 國立臺灣大學生物環境系統工程學系 博士生 生物環境系統工程學系兼任教授 教授 李　隆　正 林　永　峻 LUNG-CHENG LEE ONG UN IN Y -J L 國家高速網路與計算中心 國立臺灣大學氣候天氣災害研究中心 副研究員 助理研究員 摘　　　　　要 本研究利用計算流體力學模擬模式(CFX)，以及水槽試驗的試驗結果，模擬異重流於 試驗水槽中的運移過程，其中包含異重流頭部與本體的運移、異重流沿著下游尾水板爬升 與異重流正湧波的形成；在不考慮泥砂與清水間之動量交換條件下，採用代數滑移數值方 法(Algebraic Slip Model,ASM)來模擬異重流濃度與速度隨著時間的變化，以及異重流正 湧波的沿程運移。本研究採用高嶺土試驗與鹽水試驗所量測的數據，進行數值模式的檢定 驗證與適用性探討。並將檢定驗證完成的參數與數值方法，作為模擬鹽水異重流受到下游 尾水板傾斜角90度與45度影響的依據。由模擬結果可知，模式模擬高嶺土異重流與鹽水 異重流受到下游尾水板傾斜角90度的影響前，到達下游尾水板前的沿程速度剖面與濃度剖 面，其相對誤差約為5%，而受到下游尾水板傾斜角90度的影響後，異重流正湧波波速相對 誤差則約為10%；模擬鹽水異重流受到下游尾水板傾斜角45度的應用例時，除了異重流平 均爬升速度約有6.98%的相對誤差、異重流爬升高度有約5.94%的相對誤差，以及異重流正 湧波的模擬速度有約6%的相對誤差外，CFX模式模擬的異重流頭速、異重流厚度及異重流 正湧波厚度平均相對誤差皆小於5%，因此，經由試驗案例的模擬分析，採用CFX模式中的 ASM數值方法求解異重流各試驗案例，其模擬結果相當符合試驗值。 關鍵詞 ：CFX，異重流，ASM，正湧波。 ABSTRACT Using laboratory data conducted in a flume, the CFX, fluid simulation software, was employed to simulate the density current movement. Algebraic Slip Model (ASM) scheme of *通訊作者，台灣大學水工試驗所研究員暨生物環境系統工程學系兼任教授， 台北市大安區羅斯福路 段號，