自然沙粒之沈降速度與阻力系數(shù)之研究SettlingVelocitya.ppt

自然沙粒之沈降速度與阻力係數(shù)之研究 Settling Velocity and Drag Coefficient of Natural Sand,張憲國 劉勁成,研究目的,海岸的侵蝕或淤積為常見的物理現(xiàn)象，海灘變遷是沙粒漂移不平衡的結(jié)果。當(dāng)波浪、海流或潮流等水流產(chǎn)生的推力大於沙粒的重量時(shí)，沙粒則會(huì)漂移，海灘即有漂沙現(xiàn)象發(fā)生。所以水流通過沙粒產(chǎn)生的阻力為探討漂沙機(jī)制的基本研究。另外，當(dāng)沙粒被激起漂浮在水中，若浸水重量超過阻力，則沙粒會(huì)下沈至底床，懸浮質(zhì)的漂移為決定海岸漂沙另外一個(gè)主要因素。懸浮沙粒的濃度高低與沈降速度有關(guān)，因此研究沙粒的沈降速度亦為瞭解海岸漂沙另外一個(gè)重要的課題。,研究方法,本研究利用Hallermeier (1981)收集之115組沈降實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)往昔學(xué)者所提沈降速度公式的型式，配合迴歸的技巧，提出分式型式的公式，本式可應(yīng)用至各種粒徑及材質(zhì)下之一般沙粒。本文並進(jìn)一步利用沈降顆粒重力與形狀阻力平衡的關(guān)係，提出一適用於雷諾數(shù)小於1600的阻力係數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式。,沈降速度之理論解析,Stokes (1851) Yalin (1977),沈降速度之經(jīng)驗(yàn)公式,Hallermeier (1981),沈降速度之經(jīng)驗(yàn)公式,Van Rijn (1984),沈降速度之經(jīng)驗(yàn)公式,Soulsby (1997),本文沈降速度之經(jīng)驗(yàn)公式,型式 經(jīng)驗(yàn)公式,自然沙粒之沈降速度,自然沙粒公式之預(yù)測(cè)值落於實(shí)驗(yàn)值 誤差的10和20之內(nèi)的個(gè)數(shù),形狀阻力,一般表示之型式,阻力係數(shù)之理論解析,Stokes (1851) Oseen (1927),阻力係數(shù)之理論解析,Goldstein (1929) Proudman和Pearson (1957),阻力係數(shù)之經(jīng)驗(yàn)公式,Schiller和Naumann (1933) Dallavalle (1943),阻力係數(shù)之經(jīng)驗(yàn)公式,Langmuir et al.Torobin和Gauvin (1959) Olson和Wright (1990),阻力係數(shù)之經(jīng)驗(yàn)公式,Rubey (1933) Fredsoe和Deigaard (1992),本文阻力係數(shù)之經(jīng)驗(yàn)公式,經(jīng)驗(yàn)公式,各種球狀顆粒之阻力係數(shù)公式的比較,球狀、盤狀顆粒及自然沙粒之阻力係數(shù)的比較,石英顆粒沈降於一靜止之蒸餾水中，形狀因子、粒徑大小與沈降速度間之關(guān)係,結(jié)論,一般沙粒並非為球狀，在解析上有所困難，通常藉助實(shí)驗(yàn)的方法，來瞭解沙粒於流體中之沈降速度與阻力係數(shù)，因此本文以自然沙粒之沈降實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，應(yīng)用迴歸的技巧，提出一個(gè)適用不同粒徑的簡易型式的沈降速度公式，且本文之公式於低雷諾數(shù)時(shí)，可簡化成球狀顆粒的公式。 本文進(jìn)一步利用重量與形狀阻力的平衡關(guān)係，得到自然沙粒阻力係數(shù)的公式，本公式於低雷諾數(shù)時(shí)，與球狀顆粒之阻力係數(shù)相同，但在高雷諾數(shù)時(shí)，則較接近