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有关于“波浪水槽无反射造波系统”专题报告
复合式结构物
之
消波特性探讨
学号:M93520057
姓名:林建明前言
台湾为一四面环海以出口为导向的海洋国家,经贸往来运输主要仰赖船运;因此,如何提供一规划设计完善的港埠设施,将关系运输效率及影响整体国家经贸成长.港埠建设之成效,取决於是否能够提供较静稳水域,以确保船舶航行,泊靠及装卸作业之安全;加上人民所得提高,然而个人的生活休闲品质要求也相对提高,而蓝色公路是近期内蓬勃发展的一项观光休闲活动,游艇港所需要求的港池静稳度需较平稳,有些游艇港是季节性的开放,若能在季风强时或台风侵入时,能使防波堤受到最小破坏是必要的,则浮式结构物具备了这项条件,所以本实验将针对有关浮式结构物方面的消波特性,进行一系列的探讨.
二,实验目的
利用本校海洋大学河工系一馆地下室水动力实验室之断面水槽,进行水工模型实验,探讨复合式消波结构物的消波特性;结合前人研究〔许骏祥(2004),刘奕宏(2004)〕,组合成复合式消波结构物,所以本实验将浮式结构物配合多孔隙消波结构物作为研究对象,探讨复合式消波结构物的消能探讨,期能设计一有效消减波能的结构,可提供作为后续研究与实际设计之参酌.

实验仪器设备
2-1 实验设备
本实验所使用的仪器设备包括:断面水槽,造波设备及波高资料撷取系统.
2-2 断面水槽
本实验利用本校台湾海洋大学河海工程学系一馆地下室「水动力实验室」内之断面造波水槽中进行.如下图所示,该水槽总长28m,宽0.8m,高0.8m;其两端为混凝土所铺设而成,底部为高0.6m之混凝土基座,中间观测段,两侧镶嵌透明强化玻璃,厚度为1cm.
断面水槽示意图
2-3 造波机
造波装置为加拿大国家水利研究所(CHC/NRC)及DAVIS公司所制,属於活塞式造波机(piston type wave generator).如下图所示,藉由控制箱面版输入不同之造波周期,经由控制盒传送讯号以驱动造波机造波.
活塞推拉式造波机
2-4 波高资料撷取设备
波高资料撷取设备包含容量式波高计(capacitance wave gauge),波高增幅器(amplifier)及波高资料撷取电脑系统(NDAC).WG-50 容量式波高计原先系由加拿大环保署的国家水利研究所所设计,而授权由Richard Brancker Research(RBR)公司生产制造.NDAC为造波机控制及资料撷取软体,采用Windows图形显示介面.而GEDAP及GPLOT则使用批次指令执行.GEDAP的主要功能是产生可供NDAC使用的控制讯号,其次为分析由NDAC程式所撷取到的仪器讯号.而GPLOT则可将造波机控制讯号或是仪器所撷取到的讯号绘成图形.整个系统的示意图如下图所示:
软体操作系统架构图
2-5 本实验架构
(1)本实验以刘奕宏学长为主轴,搭配许骏祥学长的实验配置.
刘奕宏(2004)-结论
相同厚度下,当孔隙率为0.6时,能达到最佳的消波效果.多孔隙结构物的反射率会随著无因次波数的增加而递减,当KB=1.2附近时,反射率到达最低点;当通过最低点之后,反射率又随著无因次波数增加而递增;当无因次波数到达某一值之后,反射率的曲线才趋於平衡.相同的孔隙率,相同厚度的情形下,有效水深愈小,对於长周期波而言,愈能降低其反射率,本实验为例,q=0.45会得到最佳之消波效果.
(2)许骏祥学长部份,取其消波效果较好条件进行试验.
许骏祥(2004)-结论
入射波浪波高的大小对反射率的影响并不显著.排列方式Type1(通水面积大的情况)消波效果优於Type2.当无因次周频率<1.5时,高度增加,反射率递减.反射率随著孔隙率愈大其减小趋势愈显著.
2-6 本实验背景
刘奕宏(2004)
水深为0.5公尺,波高固定为4公分,孔隙率为0,0.4,0.5,0.6,相对厚度(B/h)为0.60,0.77,0.95,q值取0.45.
许骏祥(2004)
浮式结构物取其Type1(通水面积大的情况),模型高度取D4(10.16cm),孔隙率为0,0.4,0.5,0.6.
2-7 实验示意图
2-8 波浪条件
T
周期 sec
L
波长 m
0.50
2.01
4.07
0.75
1.64
3.17
1.00
1.42
2.62
1.25
1.27
2.23
1.50
1.16
1.94
1.75
1.07
1.71
2.00
1.00
1.52
2.25
0.95
1.37
2.50
0.90
1.24
2.75
0.86
1.13
3.00
0.82
1.04
3.25
0.79
0.96
3.50
0.76
0.90
三,实验方法与步骤
本实验步骤及方法如下:
(1)波高计率定
将容量式波高计固定於可上下垂直移动之固定架上,并於水槽中直接进行率定工作.率定时首先用酒精擦拭波高计测线以除去表面的污垢,接著调整固定架旋转钮,使波高测线的中心点位置与静水面对齐,并执行NDAC程式的Sensor Calibration,选取波高计频道,开始取样,然后再次调整波高计固定架旋转钮使其分别依次向上和向下移动5公分,并於移动完毕之后随即启动取样,重复以上过程经由程式做波高计的回归分析,则可得到此波高计之率定曲线方程式与其最佳量测之范围.
(2)实验中需随时检测水位,以避免水量溢出,蒸发或减少,以确保
造波水深为固定值.
(3)透过电脑控制造波机以产生实验所需要之波浪条件.
(4)资料撷取
本次实验取样频率为20Hz,由於造波板至结构物距离为21.4公尺,资料撷取应在二次反射发生之前.
(5)在水槽侧边架设数位相机及告示牌,记录每一次造波的过程.
(6)造波完毕,将实验中所得的波高资料加以分析,并更换下一组实验所需之模型.
(7)进行下一组实验,并进行资料分析.
(8)资料分析部分本文主要探讨的是反射率变化,方法是利用Goda and Suzuki (1976)之二点法分析,分析方法详见附录.
四,预期成果
本实验将从三种模型配置情形下去探讨消波特性:
(1)固定厚度,孔隙率,改变浮体孔隙率.
(2)固定厚度,浮体孔隙率,改变孔隙率.
(3)改变厚度,固定,孔隙率.
* 为后方多孔隙结构物孔隙率,为前方浮体孔隙结构物孔隙率.
最后再从结果中去列出:
(1)探讨出本实验最佳配置.
(2)比较前人研究之最佳配置.
(3)在双重消波结构物下,应得更加消波效果.参考文献
1.许骏祥(2004)"多孔隙浮式结构物之消波特性探讨",国立台湾海洋大学,硕士论文.
2.刘奕宏(2004)"多孔隙结构物之消波特性探讨",国立台湾海洋大学,硕士论文.