Surface Wave Force Acting on Submerged Logs 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):

Introduction Previous Research and Theoretical Background Experimental Method Results Conclusions

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 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。 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 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

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)

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 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： 為圓木正對流向的投影面積

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。