本文主要利用數值方法探討彈性圓柱於一般黏性流之均勻流場中之運動
行為，模型理論與基礎建立在暫態之連續與動量守恆方程式上的計算流體力學
軟體Fluent，配合其使用者自訂函數（UDF）模擬圓柱在均勻流場中因渦流引致
圓柱之震動（VIV）並顯示不同雷諾數下的震幅大小與流場狀況，與前人之數值
方法比對，驗證本文運動方程式以中央插分法於UDF 中運算之可行性與準確性，
並以其研究不同角度下之均勻流是否會影響其橫向震動之結果與流場狀況。而
後則探討網格密度與時間步大小對於整體結果差異性比較與最佳選擇。

The present study aims to explore the dynamical behavior in the uniform flow by
numerical method. The theoretical model is based on transient of continuity equation and
momentum equation in CFD software: Fluent. With User Define Function（UDF）, we can
simulate the Vortex-induced vibration（VIV）under the uniform flow by numerical method
and plot the contour of amplitude and flow field under different Reynolds number. We will
identify the accurate and capable of central difference method in UDF by comparing with the
previous study. Also, we focus on whether the amplitude and flow situation will effect by
uniform flow in different degrees or not. Furthermore, this study shows how the time step
size and mesh effect the conclusion so that we could have the best choice on model.

論文審定書 Ⅰ
謝誌 Ⅱ
中文摘要 III
英文摘要 IV
目錄 V
圖目錄 VII
表目錄 XI
符號說明 XII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究目的 8
1.4 研究流程 8
第二章 數值方法與模式分析 10
2.1 彈性圓柱之數值方法 11
2.1.1控制方程式 11
2.1.2用戶自訂函數(UDF) 11
2.1.3數值方法 12
2.1.4計算流程與方法 14
2.2 震動流場之數值方法與流程 15
2.3 模型之測定與分析 18
2.3.1 網格影響 18
2.3.2 時間間距之影響 21
第三章 流場模式與驗證 23
3.1震動流場 23
3.2彈性圓柱流場 27
3.2.1模型參數與邊界條件 27
3.2.2彈性圓柱之結果 28
3.2.3 彈性圓柱之渦流 32
第四章 彈性圓柱與傾斜均勻流場 34
4.1 均勻流角度為15° 35
4.2 均勻流角度為30° 37
4.3 均勻流角度為45° 40
4.4 均勻流角度為60° 43
4.5 渦流模式 46
4.5.1 0度角結果之渦漩模式 46
4.5.2 15度角結果之渦漩模式 50
4.5.2 30度角結果之渦漩模式 54
4.5.3 45度角結果之渦漩模式 57
4.5.3 60度角結果之渦漩模式 61
第五章 結論與建議 66
5.1 結論 66
5.2 建議 68
參考文獻 69
附錄A 70
附錄B 74

1. Prasanth, T. K., and Mittal, S. （2008）. Vortex-induced vibrations of a circular cylinder at low Reynolds numbers. Journal of Fluid Mechanics, 594, 463–491.
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3. Khalak, A., and Williamson, C. H. K. （1999）. Motion, Forces and Mode Transitions In Vortex-Induced Vibrations At Low Mass-Damping. Journal of Fluid and Structures, 13, 813–851.
4. Xu, J., He, M., Bose, N. （2009）. Vortex modes and vortex-induced vibration of a long , flexible riser. Ocean Engineering, 36, 456–467.
5. Williamson, C. H. K. （1996）. Vortex dynamics in the cylinder wake. Annual Reviews Fluid Mechanics, 28, 477–539.
6. Dϋtsch, H., Durst, F., Becker, S., and Lienhart, H. （1998）. Low-Reynolds-flow around an oscillating circular cylinder at low Keulegan-Carpenter numbers. Journal of Fluid Mechanics, 360, 249–271.
7. Juan, B. V. Wanderley, Gisele, H. B. Souza, Sergio, H. Sphaier, Carlos Levi （2008）. Vortex-induced vibration of an elastically mounted circular cylinder using an upwin TVD two-dimensional numerical scheme. Ocean Engineering, 35, 1533–1544
8. Fluent 6.3 UDF Manual. Fluent Inc. 2006.

9. Fluent 6.3 User’s Guide. Fluent Inc. 2006.

10. 朱執均， “渦流引致彈性圓柱震動之研究 ”，國立中山大學海洋環境及工程學系博士班博士論文，2011