自然沙粒之沈降速度与阻力系数之研究课件

自然沙粒之沈降速度與阻力係數之研究SettlingVelocityandDragCoefficientofNaturalSand

張憲國劉勁成自然沙粒之沈降速度與阻力係數之研究張憲國劉勁成1研究目的

海岸的侵蝕或淤積為常見的物理現象，海灘變遷是沙粒漂移不平衡的結果。當波浪、海流或潮流等水流產生的推力大於沙粒的重量時，沙粒則會漂移，海灘即有漂沙現象發生。所以水流通過沙粒產生的阻力為探討漂沙機制的基本研究。另外，當沙粒被激起漂浮在水中，若浸水重量超過阻力，則沙粒會下沈至底床，懸浮質的漂移為決定海岸漂沙另外一個主要因素。懸浮沙粒的濃度高低與沈降速度有關，因此研究沙粒的沈降速度亦為瞭解海岸漂沙另外一個重要的課題。

研究目的海岸的侵蝕或淤積為常見的物理現象，海灘變2研究方法本研究利用Hallermeier(1981)收集之115組沈降實驗數據，根據往昔學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，本式可應用至各種粒徑及材質下之一般沙粒。本文並進一步利用沈降顆粒重力與形狀阻力平衡的關係，提出一適用於雷諾數小於1600的阻力係數的經驗公式。研究方法本研究利用Hallermeier(193沈降速度之理論解析

Stokes(1851)

Yalin(1977)

沈降速度之理論解析Stokes(1851)4沈降速度之經驗公式Hallermeier(1981)

沈降速度之經驗公式Hallermeier(1981)5沈降速度之經驗公式VanRijn(1984)

沈降速度之經驗公式VanRijn(1984)6沈降速度之經驗公式Soulsby(1997)沈降速度之經驗公式Soulsby(1997)7本文沈降速度之經驗公式型式經驗公式本文沈降速度之經驗公式型式8自然沙粒之沈降速度

自然沙粒之沈降速度9自然沙粒公式之預測值落於實驗值

誤差的10﹪和20﹪之內的個數

公式

10﹪20﹪Hallermeier(1981)6089VanRijn(1984)5990Soulsby(1997)6690本文(2000)6390自然沙粒公式之預測值落於實驗值

誤差的10﹪和20﹪之內的個10形狀阻力一般表示之型式形狀阻力一般表示之型式11阻力係數之理論解析Stokes(1851)Oseen(1927)阻力係數之理論解析Stokes(1851)12阻力係數之理論解析Goldstein(1929)Proudman和Pearson(1957)阻力係數之理論解析Goldstein(1929)13阻力係數之經驗公式Schiller和Naumann(1933)Dallavalle(1943)阻力係數之經驗公式Schiller和Naumann(19314阻力係數之經驗公式Langmuiretal.—Torobin和Gauvin(1959)Olson和Wright(1990)

阻力係數之經驗公式Langmuiretal.—Torob15阻力係數之經驗公式Rubey(1933)Fredsoe和Deigaard(1992)阻力係數之經驗公式Rubey(1933)16本文阻力係數之經驗公式經驗公式本文阻力係數之經驗公式經驗公式17各種球狀顆粒之阻力係數公式的比較

各種球狀顆粒之阻力係數公式的比較18球狀、盤狀顆粒及自然沙粒之阻力係數的比較

球狀、盤狀顆粒及自然沙粒之阻力係數的比較19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係

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20結論

一般沙粒並非為球狀，在解析上有所困難，通常藉助實驗的方法，來瞭解沙粒於流體中之沈降速度與阻力係數，因此本文以自然沙粒之沈降實驗數據，應用迴歸的技巧，提出一個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時，可簡化成球狀顆粒的公式。本文進一步利用重量與形狀阻力的平衡關係，得到自然沙粒阻力係數的公式，本公式於低雷諾數時，與球狀顆粒之阻力係數相同，但在高雷諾數時，則較接近於盤狀顆粒的阻力係數。在高雷諾數下計算沙粒沈降之相關問題時，建議採用本式自然沙粒之計算公式，而不應採用球狀顆粒的公式。結論一般沙粒並非為球狀，在解析上有所困難，通常藉助實驗的方21自然沙粒之沈降速度與阻力係數之研究SettlingVelocityandDragCoefficientofNaturalSand

張憲國劉勁成自然沙粒之沈降速度與阻力係數之研究張憲國劉勁成22研究目的

海岸的侵蝕或淤積為常見的物理現象，海灘變遷是沙粒漂移不平衡的結果。當波浪、海流或潮流等水流產生的推力大於沙粒的重量時，沙粒則會漂移，海灘即有漂沙現象發生。所以水流通過沙粒產生的阻力為探討漂沙機制的基本研究。另外，當沙粒被激起漂浮在水中，若浸水重量超過阻力，則沙粒會下沈至底床，懸浮質的漂移為決定海岸漂沙另外一個主要因素。懸浮沙粒的濃度高低與沈降速度有關，因此研究沙粒的沈降速度亦為瞭解海岸漂沙另外一個重要的課題。

研究目的海岸的侵蝕或淤積為常見的物理現象，海灘變23研究方法本研究利用Hallermeier(1981)收集之115組沈降實驗數據，根據往昔學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，本式可應用至各種粒徑及材質下之一般沙粒。本文並進一步利用沈降顆粒重力與形狀阻力平衡的關係，提出一適用於雷諾數小於1600的阻力係數的經驗公式。研究方法本研究利用Hallermeier(1924沈降速度之理論解析

Stokes(1851)

Yalin(1977)

沈降速度之理論解析Stokes(1851)25沈降速度之經驗公式Hallermeier(1981)

沈降速度之經驗公式Hallermeier(1981)26沈降速度之經驗公式VanRijn(1984)

沈降速度之經驗公式VanRijn(1984)27沈降速度之經驗公式Soulsby(1997)沈降速度之經驗公式Soulsby(1997)28本文沈降速度之經驗公式型式經驗公式本文沈降速度之經驗公式型式29自然沙粒之沈降速度

自然沙粒之沈降速度30自然沙粒公式之預測值落於實驗值

誤差的10﹪和20﹪之內的個數

公式

10﹪20﹪Hallermeier(1981)6089VanRijn(1984)5990Soulsby(1997)6690本文(2000)6390自然沙粒公式之預測值落於實驗值

誤差的10﹪和20﹪之內的個31形狀阻力一般表示之型式形狀阻力一般表示之型式32阻力係數之理論解析Stokes(1851)Oseen(1927)阻力係數之理論解析Stokes(1851)33阻力係數之理論解析Goldstein(1929)Proudman和Pearson(1957)阻力係數之理論解析Goldstein(1929)34阻力係數之經驗公式Schiller和Naumann(1933)Dallavalle(1943)阻力係數之經驗公式Schiller和Naumann(19335阻力係數之經驗公式Langmuiretal.—Torobin和Gauvin(1959)Olson和Wright(1990)

阻力係數之經驗公式Langmuiretal.—Torob36阻力係數之經驗公式Rubey(1933)Fredsoe和Deigaard(1992)阻力係數之經驗公式Rubey(1933)37本文阻力係數之經驗公式經驗公式本文阻力係數之經驗公式經驗公式38各種球狀顆粒之阻力係數公式的比較

各種球狀顆粒之阻力係數公式的比較39球狀、盤狀顆粒及自然沙粒之阻力係數的比較

球狀、盤狀顆粒及自然沙粒之阻力係數的比較40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係

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41結論

一般沙粒並非為球狀，在解析上有所困難，通常藉助實驗的方法，來瞭解沙粒於流體中之沈降速度與阻力係數，因此本文以自然沙粒之沈降實驗數據，應用迴歸的技巧，提出一個適用不同粒徑的簡易型式的沈