水利工程

服務項目/計算流體力學/水利工程

溢洪道

在水壩與水庫運作中，溢洪道對於在維持結構完整性的同時安全疏導洪水至關重要。有效的溢洪道設計與操作，必須清楚掌握自由液面、噴流軌跡、溢流、下游護坦消波等現象，這些因素決定了陡槽尺寸、水壩設計與河道保護策略。OpenFOAM 提供高效的數值框架，可用於模擬溢洪道上的自由液面流，並檢視噴流發展與護坦衝擊區域，乃至於漂浮物受水流運動而發展之軌跡。

水利工程

扇葉渦輪

在加壓管網中，管內式微型水力渦輪可在不影響供水服務的情況下，以具成本效益的方式回收可用水頭之能量。然而，要使渦輪有效運轉，必須清楚掌握入流流況，以確保穩定發電並避免過度振動與水力損失。OpenFOAM 提供有效的方法分析內部水力行為，包括進/出流流速、壓力分布以及預期的水頭損失。同時能在各種操作條件下預測輸出功率與效率，並驗證速度分量是否符合性能目標。

水利工程

潰壩

在洪水風險管理中，潰壩屬於嚴重後果的災害，其能迅速淹沒下游地區。為使緊急應變與減災措施有效，必須清楚掌握潰壩波到達時間、最大水深、流速及淹水範圍，以便評估影響並排定防護優先順序。OpenFOAM 提供有效的數值計算架構，可用於模擬自由液面洪湧在複雜地形上的傳播、解析乾溼交界，並檢視整個河谷的局部水力特性。

水利工程

沖刷模擬

在水利與橋梁工程中，橋墩與基礎周邊的淘刷是造成結構不穩定的主要原因之一。然而，準確預測水流、泥砂輸送與河床地形演變之間的複雜交互作用，往往需要先進的數值模擬工具。OpenFOAM 提供了一種有效的方法來模擬局部淘刷，並在不同水流條件下評估泥砂輸移模式。正如模擬所展示的，水流在圓柱周邊加速、觸發局部沖蝕，並逐步發展成淘刷坑，從而為基礎的安全設計提供關鍵見解，並協助降低長期結構破壞的風險。

水利工程

下水道排水

在城市排水系統中，分流設施是重要的水工構造物，用於調節過量流量並防止排水系統超載。為確保其有效運行，準確掌握這些構造物內部的流速分布與流動行為至關重要。OpenFOAM 提供了一個穩健的計算流體力學 (CFD) 平台，可用於模擬複雜幾何形態下的水力特性，解析速度場，並識別潛在問題區域，例如局部高流速帶或分流效率。透過該模擬，可以直觀呈現水流進入、在分流室內部運行以及流出的過程，從而為優化結構設計、減少維護需求以及提升城市排水系統的整體可靠性提供重要的參考依據。

水利工程

液體晃動

開放式或封閉式儲液槽內液體晃動現象(Sloshing)為影響液體保存、儲液槽穩定與結構安全的關鍵議題。儲液槽在搬運或是受到地震影響產生往復運動時，槽體內液體因慣性效應形成自由液面運動，產生週期性波動與液面撞擊現象，進而對槽壁與內部結構產生動態液體載荷。本團隊利用OpenFOAM建立儲液槽之三維幾何模型，並採用自由液面多相流模型模擬液體與空氣界面之動態變化。透過施加週期性加速度邊界條件，以重現油罐於往復晃動狀態下的流場行為。研究成果可作為儲液槽防波板配置設計、槽體結構強化及動態穩定性評估之重要依據。