2010-08-012024-05-15https://scholars.lib.ntu.edu.tw/handle/123456789/663671摘要：隨著全球氣候的變遷，由洪水引發的自然災害，例如土石流、山崩，泥流及洪災等，發生益加頻繁，且正嚴重威脅著我們的日常生活。從物理上，我們可以將這類自然流(natural flows)現象簡化為流固體之間交互作用的二相顆粒流(two-phase granular flow)。不過，其動態流動的特性-- 顆粒組成及流場隨著時間、位置產生變化，使得整體行為相當複雜。本研究藉由引入四個重要的無因次參數，即雷諾數(Reynolds number)、斯多克斯數(Stokes number)、巴格諾爾德數(Bagnold number)，及薩維基數(Savage number)，系統化地將自然流分類，以輔助模擬模式開發與自然流現象之間的對應。 本研究提出三種模擬二相顆粒流的模式，分別為離散顆粒模式、二相混合流模式，及二相流模式。離散顆粒模式主要依據離散元素法(Discrete Element Modelling)的原理，藉由適當地調整元素間碰撞時的彈性係數及阻尼係數，來反應出流體對固體顆粒的效應。因為不用計算流場，效率為三種模式中最佳，不過，也因此僅適用於流體效應較小的自然流現象。不同於離散顆粒模式，另外二種模式都必須求解流場。其中二相混合流模式是依循混合理論(mixture theory)，分別平均流體和固體的運動，然後以流固體之間的作用力將二相聯結在一起，因此如何計算交互作用力是此模式的關鍵，過去已有相當多的研究從理論、實驗，和數值等方面提出計算的方法，本研究將探討前人所提出的方法，討論不同方法所適用的自然流分類。二相流模式的概念則是直接求解流場，理論上，計算結果最精確，不過根據前人研究，當顆粒數較多的時候，此模式的效率最差。因此，本研究將探討現有的數值計算方法，包括Lattice-Boltzmann及Immersed Boundary Method等方法，來改善計算的效率，且將此模式計算流固體交互作用力的結果回饋給二相混合模式，以驗證、修訂，及擴充前人的理論。 本研究的模擬結果，將會與F. L. Yang （子計畫四）和 H. Capart（子計畫二）所主持的其他子計畫的實驗結果作驗證，並與D. L. Young（子計畫一）的計算結果作比較，以探討各模擬模式的適用性及實用性，並推演至實際尺寸的自然流模擬。二相流離散元素晶格波茲曼內嵌邊界混合理論土石流two-phase flow modelmixture theorydiscrete elementlattice-boltzmannimmersed boundarydebris flow