淺談波浪運動中之底床滑移速度及滑移邊界條件

實際之真實海床，由於多由具有透水性之材質所構成，故底床材質的改變使得流體通過底床時摩擦程度不同，此時底床水平方向之速度將不會為零，此一速度稱為底床滑移速度（bed slipvelocity）。對於漂砂運動、臨界啟動流速等問題是相當重要之物理量。此一現象在水槽試驗（Huang et al.，1996）或是理論研究中（宋，1993）皆已獲得證實，但已知研究結果在底床滑移速度上顯示皆小於試驗值，亟待進一步改進，如、Liu et al.（1996）、張等（1999） 及Huang et al.（1999）等。此時底床水平流速不為零之現象稱為滑移現象（slip phenomenon），有別於傳統之無滑動邊界條件（no slipcondition）；該現象是流體通過多孔介質材質時所發生之特殊物理行為，常見於氣體於多孔材質之流動，一般常用滑移邊界條件（slip boundary condition）來解釋多孔介質之滑移現象。在波浪運動中，若想得知底床滑移速度，使用數值模式進行二維流場之模擬是一個相當普遍的方法；由於在靠近底床邊界處必須考慮黏滯性效應，故數值模式主要是採用Navier-Stokes 方程式，而在流固體交界面是採用連續型邊界條件（如Huang et al.，1999）。雖然2-D 模擬可以得出整體流場行為但必須花費許多時間進行數值運算，如果僅是要得出一底床滑移速度，數值模式方法顯然無法快速得知。故若以工程角度而言，如能得到一簡單之公式用以評估流固體交界面上之滑移速度，對於實際工程應用而言，則可大幅提高事前評估之效率而可以免除大規模的數值運算，也可用來推估臨界啟動流速以及底床最大剪應力等相關物理量，不論對於定性或是定量上均有相當大之幫助。因此發展出一簡單可行之公式用以評估底床滑移速度是相當值得研究之課題，故本文簡述滑移邊界條件之發展沿革、待改進之問題、目前研究現況及未來研究方向。