| 姓名 |
周東寬(Dong-Kwan Chou)
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畢業系所 |
土木工程學系 |
| 論文名稱 |
二維斜坡顆粒流之輸送帶實驗與分析
(Experimental study of slowly granular flow on the two-dimensional inclined Conveyor Belt)
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| 摘要(中) |
本研究主要是使用輸送帶設備帶動顆粒來進行實驗、並利用影像擷取技術及Voronoï影像分析法來研究二維顆粒之流動行為。
主要分非均勻流與均勻流兩方面來探討，在非均勻流部分，是以其幾何特性為分析方向，並藉由四種不同傾斜坡度（0°、5°、10°、15°）條件下之向量關係及高程剖面關係來瞭解其中之奧妙;均勻流部分，則是用四種不同高度之條件下，以速度分佈、擾動速度、粒子溫度、剪應變率、Dd值等物理量為主要探討項目，最後再說明如何將顆粒流分成三段大小不一的流層。 |
| 摘要(英) |
This study performs experimental work on the slow granular flow on the conveyor belt. The Voronoï image algorithm is used to study the mobile behavior of two-dimensional particles. The flow patterns of the granular flows are categorized into nonuniform flow, and uniform flow, respectively.
In the nonuniform flow regime, the geometry characteristics at four slopes（i.e. 0°,5°,10°,15°）,the relationship between velocity vectors and the slope configuration are examined.; In the uniform flow regime, the velocity distribution, the velocity fluctuation, granular temperature and the strain rate are evaluated. The related physical quantity are discussed as well. The stratification of flow phenomenon of three different layers, i.e. free shear layer on top, forced shear layer at bottom and plug zone in between, is mainly a function of particle thickness. |
| 關鍵字(中) |
★ 顆粒流
★ 分層現象
★ 粒子溫度 |
關鍵字(英) |
★ Granular temperature
★ Stratification phenomenon
★ Granular flow |
| 論文目次 |
摘 要 I
ABSTRACT II
目 錄 III
圖 目 錄 VI
表 目 錄 XI
符號表 XII
第一章 緒 論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 1
1.3 顆粒流之簡介 1
1.3.1 慢顆粒流與一般流體之差異性 2
1.4 研究方向 2
1.5 論文架構 3
第二章 文獻回顧 5
2.1 顆粒流的實驗配置 5
2.1.1傾斜式瀉槽試驗 5
2.1.2 振動床試驗 5
2.1.3 滾筒瀉槽試驗 6
2.1.4 循環式水槽試驗 7
2.1.5輸送帶試驗 7
2.1.6其他 8
2.2.1 Voronoï介紹與應用 8
2.2.1 Voronoï diagrams 8
2.2.2 何謂Voronoï 9
2.2.3 Voronoï在影像處理之應用 10
第三章 實驗規劃與方法 12
3.1實驗設備 12
3.2 實驗方法與步驟 13
3.2.1 流場排列結構試驗 13
3.2.2 外觀試驗 14
3.3 影像分析 15
3.4 實驗誤差分析 18
第四章 結果分析與討論 19
4.1 非均勻顆粒流之幾何特性探討 19
4.1.1 L_V_Θ三者之關係 19
4.1.2 _V_Θ三者之關係 19
4.1.3高程剖面圖 20
4.1.4 向量之流場剖面圖 20
4.2 均勻顆粒流之流場探討 21
4.2.1 速度剖面分析 21
4.2.2 剪應變率分析 22
4.2.3 擾動速度分析 23
4.2.4 粒子溫度分析 24
4.2.5 DD值分析 25
4.3 結構組織分層之探討 25
4.3.1 組織分層之計算方法 25
4.3.2 分層之定義與厚度分析 26
第五章 結論與建議 27
5.1結論 27
5.2建議 28
參考文獻 29
附錄 85
圖 目 錄
頁次
圖1.1.1南投縣水里鄉郡坑村 4
圖1.1.2苗栗縣三義鄉火炎山 4
圖2.1.1 Voronoï diagrams 示意圖 36
圖2.1.2 Voronoï細胞成長過程 36
圖2.1.3 Delaunay triangulation示意圖 37
圖2.1.4 Voronoï 1-star示意圖 37
圖2.1.5差排之示意圖 38
圖2.1.6四種狀態之二維融化機制 38
圖3.1.1（a）操作版面示意圖 39
圖3.1.1（b）輸送帶渠槽示意圖 39
圖3.1.2 輸送帶設備示意圖 40
圖3.1.3 橡膠輸送帶幾何尺寸放大圖 40
圖3.2.1 實驗之輔助器材 41
圖3.2.2 外觀試驗示意圖 41
圖3.3.1 [initseq]指令視窗展示圖 42
圖3.3.2 [batch]指令視窗展示圖 42
圖3.3.3單張顆粒之範圍確認 43
圖3.3.4連續兩張位置圖之位移向量圖 43
圖3.3.5 [batch3]視窗展示圖 44
圖3.3.6（a）未經處理過之為移向量比對圖 44
圖3.3.6（b）經處理過之為移向量比對圖 45
圖3.3.7 Voronoï鄰邊關係示意圖 45
圖3.3.8 [batch4]視窗展示圖 46
圖3.3.9 Dd值隨深度之剖面圖 46
圖4.1.0 均勻流與非均勻流之範圍界定圖 47
圖4.1.1定義參數之相對位置圖 47
圖4.1.2 L _ V _θ關係圖 48
圖4.1.3 ψ_V_θ關係圖 48
圖4.1.4 θ+ψ與V之關係圖 49
圖4.1.5 θ＝0°下之高程剖面圖 49
圖4.1.6 θ＝5°下之高程剖面圖 50
圖4.1.7 θ＝10°下之高程剖面圖 50
圖4.1.8 θ＝15°下之高程剖面圖 51
圖4.1.9 θ＝0°, ub＝4.27之位移向量圖 51
圖4.1.10 θ＝0°, ub＝6.50之位移向量圖 52
圖4.1.11 θ＝0°, ub＝10.06之位移向量圖 52
圖4.1.12 θ＝0°, ub＝14.68之位移向量圖 53
圖4.1.13 θ＝0°, ub＝16.10之位移向量圖 53
圖4.1.14 θ＝5°, ub＝4.27之位移向量圖 54
圖4.1.15 θ＝5°, ub＝6.50之位移向量圖 54
圖4.1.16 θ＝5°, ub＝10.06之位移向量圖 55
圖4.1.17 θ＝5°, ub＝14.68之位移向量圖 55
圖4.1.18 θ＝5°, ub＝16.10之位移向量圖 56
圖4.1.19 θ＝10°, ub＝4.27之位移向量圖 56
圖4.1.20 θ＝10°, ub＝6.50之位移向量圖 56
圖4.1.21θ＝10°, ub＝10.06之位移向量圖 57
圖4.1.22θ＝10°, ub＝14.68之位移向量圖 57
圖4.1.23θ＝10°, ub＝16.10之位移向量圖 57
圖4.2.1 N＝2871,水平速度剖面圖 58
圖4.2.2 N＝2871,無因次水平速度剖面圖 58
圖4.2.3 N=3659,水平速度剖面圖 59
圖4.2.4 N＝3659,無因次水平速度剖面圖 59
圖4.2.5 N＝4151,水平速度剖面圖 60
圖4.2.6 N＝4151,無因次水平速度剖面圖 60
圖4.2.7 N＝5485,水平速度剖面圖 61
圖4.2.8 N＝5485,無因次水平速度剖面圖 61
圖4.2.9 N＝2871,剪應變率剖面圖 62
圖4.2.10 N＝3659,剪應變率剖面圖 62
圖4.2.11 N＝4151,剪應變率剖面圖 63
圖4.2.12 N＝5485,剪應變率剖面圖 63
圖4.2.13 N＝2871,無因次剪應變率剖面圖 64
圖4.2.14 N＝3659,無因次剪應變率剖面圖 64
圖4.2.15 N＝4151,無因次剪應變率剖面圖 65
圖4.2.16 N＝5485,無因次剪應變率剖面圖 65
圖4.2.17 N＝2871,水平擾動速度剖面圖 66
圖4.2.18 N＝3659,水平擾動速度剖面圖 66
圖4.2.19 N＝4151,水平擾動速度剖面圖 67
圖4.2.20 N＝5485,水平擾動速度剖面圖 67
圖4.2.21 N＝2871,水平擾動速度與剪應變率之無因次關係圖 68
圖4.2.22 N＝3659,水平擾動速度與剪應變率之無因次關係圖 68
圖4.2.23 N＝4151,水平擾動速度與剪應變率之無因次關係圖 69
圖4.2.24 N＝5485,水平擾動速度與剪應變率之無因次關係圖 69
圖4.2.25 N＝2871,垂直擾動速度剖面圖 70
圖4.2.26 N＝3659,垂直擾動速度剖面圖 70
圖4.2.27 N＝4151,垂直擾動速度剖面圖 71
圖4.2.28 N＝5485,垂直擾動速度剖面圖 71
圖4.2.29 N＝2871,垂直擾動速度與剪應變率之無因次關係圖 72
圖4.2.30 N＝3659,垂直擾動速度與剪應變率之無因次關係圖 72
圖4.2.31 N＝4151, 垂直擾動速度與剪應變率之無因次關係圖 73
圖4.2.32 N＝5485,垂直擾動速度與剪應變率之無因次關係圖 73
圖4.2.33 N＝2871,水平擾動速度與垂直擾動速度之關係圖 74
圖4.2.34 N＝3659,水平擾動速度與垂直擾動速度之關係圖 74
圖4.2.35 N＝4151,水平擾動速度與垂直擾動速度之關係圖 75
圖4.2.36 N＝5485,水平擾動速度與垂直擾動速度之關係圖 75
圖4.2.37 N＝2871,粒子溫度剖面圖 76
圖4.2.38 N＝3659,粒子溫度剖面圖 76
圖4.2.39 N＝4151,粒子溫度剖面圖 77
圖4.2.40 N＝5485粒子溫度剖面圖 77
圖4.2.41 N=2871, 無因次化之粒子溫度與剪應變率關係圖 78
圖4.2.42 N=3659, 無因次化之粒子溫度與剪應變率關係圖 78
圖4.2.43 N= 4151, 無因次化之粒子溫度與剪應變率關係圖 79
圖4.2.44 N=5485, 無因次化之粒子溫度與剪應變率關係圖 79
圖4.2.45 N＝2871,Dd值之剖面圖關係圖 80
圖4.2.46 N＝3659,Dd值之剖面圖關係圖 80
圖4.2.47 N＝4151,Dd值之剖面圖關係圖 81
圖4.2.48 N＝5485,Dd值之剖面圖關係圖 81
圖4.3.1 流速剖面示意圖 82
圖4.3.2 N＝3659,分層厚度與速度關係圖 82
圖4.3.3 N＝4151,分層厚度與速度關係圖 83
圖4.3.4 N＝5428,分層厚度與速度關係圖 83
圖4.3.5三組實驗之平均厚度關係圖 84
表 目 錄
頁次
表3.1顆粒的物理特性 32
表4.1外觀試驗之實驗參數 32
表4.2流場結構排列試驗之實驗 33
表4.3 Hw與L之量測資料值 34
表4.4 Hp與Lw之量測資料值 35
符號表
符號 解 釋 因次
D 粒徑 [L]
Dd 缺陷密度值
h 高度 [L]
H 高度 [L]
表面擾動層之厚度 [L]
塊體滑動層之厚度 [L]
邊界剪力層厚度 [L]
邊壁處之平均高度 [L]
L 離邊壁之距離 [L]
動量 [L3/T2]
單位流量 [L2/T]
Ts 粒子溫度 [L2/T2]
u x方向速度 [ L/T ]
x方向速度擾動量 [ L/T ]
ub(u_belt) 輸送帶速度 [ L/T ]
v y方向速度 [ L/T ]
y方向速度擾動量 [ L/T ]
w z方向速度 [ L/T ]
z方向速度擾動量 [ L/T ]
ψ 坡址處之夾角 [degree]
θ 傾斜坡度 [degree] |
| 參考文獻 |
【中文】
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| 指導教授 |
周憲德(Hsien-Ter Chou)
|
審核日期 |
2003-7-11 |
| 推文 |
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