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Surface Wave Force Acting on Submerged Logs
79842005 林琮文
Source
Nicholas P. Wallerstein; Carlos V. Alonso; Sean J. Bennett; and Colin R. Thorne
“Surface Wave Force Acting on Submerged Logs,”Journal of Hydaulic Engineering,128(3):349-353.
IntroductionPrevious Research and Theoretical Back
groundExperimental MethodResultsConclusions
Introduction
大型漂流木可在河道中提供水生及岸邊生態棲息地。 (Shields and Gippel 1995; Abbe and Montgomery 1996)
本篇文章主要在報告 Wallerstein 等人在渠道實驗中量測的阻力並審驗單一圓木體在河道中對水力及地形上的影響。研究期間確定圓木的阻力係數與在開放渠道中沉沒深度的變化及長度與直徑之比率的重要性。
Previous Research and Theoretical Background
RFdzdLfDC ,,,,
無因次阻力係數 通常使用於表示均勻流中潛沒圓木體的阻力係數。DC
α= 圓木體與水流之夾角L/d and z/d = 圓木體之細長比與潛沒深度比F and R = 圓木體的福祿數與雷諾數
Previous Research and Theoretical Background
細長比對於潛沒深度深的圓柱之阻力係數只取決於圓柱雷諾數，且隨著細長比與圓木體與流向之間的夾角減少而遞減。 (Wieselsberger 1921–26, reported by Prandtl and Tietjens 1934;Rouse 1961)
Previous Research and Theoretical Background
dLC
C
dLCU
FF
Di
D
Di
DD
cos
4sin
2 2*
DF
Braudrik and Grant (2000) 發表預估一根圓柱體在薄層水流中的靜力平衡模型，指出圓木在水流中向下游方向所受的阻力可表示成一無因次的形式，如下式 :
= 向下游方向所受的阻力= 水的比重= 對於在淺層水流中的圓木與流向夾任何角度的阻力係數= 對於在深層水流中的圓木與流向垂直的阻力係數
DC
DiC
For the data of Wood (2001)
Previous Research and Theoretical Background
阻力隨著夾角變大而變大，且在α=π/2 時出現最大值。
阻力在深度大時受到細長比的影響性並不大，而當深度逐漸變小，水面對圓木間的阻力急遽地增加。
對於一個夠大的圓柱雷諾數而言，薄層水流中圓木的阻力係數可以定義成
=f(α,L/d,z/d,F)DC
Experimental Method
渠道長 25m ，寬 1.2m ，水深 0.3m ，平均流速 0.21m/s 。
圓木模型 : 直徑 d=0.019m 長度 L=0.3m,0.15m,0.1m,0.07m圓木模型由表面光滑的鋁條製作。潛沒深度 : z=0.01m,0.02m,0.03m,0.04m,
0.05m, 0.10m,0.15m 。
Experimental Method
21
1
LL
LFF BD
DF作用在圓木上之真正的阻力 用力矩法計算為：
對應之總阻力係數則由下式計算得知：
D
DD AU
FC
22
為圓木正對流向的投影面積DA
Results
Results
Conclusions
各種長度之圓木體的阻力係數在潛沒深度大於八倍圓木體直徑時都具有相當合理的數據。
而當潛沒深度小時由於表面波影響，細長比與潛沒深度比都具有相當的影響性。
因此當一圓木體在淺層水流中時，它的阻力係數會因為細長比與潛沒深度比的影響而被明顯的低估。
