單株樹結果

第七章結果與討論

第三節單株樹結果

單株樹模擬之

r 值乃依據矩形樹冠結果進行給定，給定方式在 2 _h

種模型 (ST1、ST2)中均分為 5 層 (如表 7-4、表 7-5)，各層相應之

r 可 _h

利用查圖得知，風洞實驗主要針對樹體後方 4D、 6D 與 8D 截面做三維速度之量測，其量測截面之主流向平均速度與擾動量及垂直向與水平衡風向之合成速度為本實驗之分析重點。同時檢視 2 種單株樹數值模擬之風場結果，除與實驗量測結果相互比對驗證外，並深入探討風場通過單株樹後的變化機制。

壹、單株樹 S T 1 結果 (1) 順風向平均風速

由本實驗中樹體後方 4D 與 6D 截面之主流向平均速度結果等值圖 (圖 7-44、圖 7-46)可見，樹體後方由於樹葉之遮蔽而產生速度虧損造成一低速區域，且平均風度往下游移動後逐漸回復。其相應之數值模擬結果如圖 7-45、圖 7-47所示。由圖可看出 6D 截面之平均速度表現出不錯之吻合度，但數值結果之 4D 剖面在底部區域的風速略高於實驗值。

(2) 順風向紊流強度

在 ST1 結果部分，由本實驗中樹體後方 4D 與 6D 截面之主流向速度擾動量結果等值圖 (圖 7-48、圖 7-50)可見，兩截面之擾動量最大區域發生於樹體邊緣，尤以樹體厚度較大之下半部最為顯著，但 6D 截面在樹體中央之擾動量較 4D 截面明顯。其相應之數值模擬結果如圖 7-49、圖 7-51所示，可發現其數值模擬之擾動值整體皆大於風洞實驗之結果。

貳、單株樹 S T 2 結果

由 6D 及 8D 位置的實驗所量測順風向平均風速結果可以得知 (圖 7-52、圖 7-54)，樹體後方的低速區風速值約在 0.3，橫向遮蔽範圍 (y/D)約在 ±0.8，垂直遮蔽範圍則到 2.5 左右。由圖亦可觀察到， 2 個位置所量測的平均風速剖果型態差異性並不大，包含遮蔽之低速區域及最小風速值。另與針葉型態的單株樹 ST1 相比，由於 ST2 的樹冠較高且樹葉面積較大，產生的阻力效應也較強，因此低風速區域也較為高且遠。

數值模擬結果顯示，樹體下游 6D 的平均風速剖面 (圖 7-53)與實驗值結果相近，低速區範圍大小頗為吻合，但數值模擬的中心低風速核心區 (core zone)在往外緣回復的趨勢較為緩慢。而在 8D 的位置部份 (圖 7-54)，模擬吻合度略顯不足，由於實驗所呈現的低速保護區的範圍較寬廣，需進一步檢討模擬時的

r 值分布特性，以改進模 _h

擬結果。

另檢視單株樹的流場機制，由樹體半高位置 (z/D＝ 1.5)的 X-Y 切面平均風速等值圖 (圖 7-56)可以得知，當風吹過樹冠之後所形成的低速保護區，在緊鄰樹後方減速效果約為 60％，而在 4D 位置附近減速效果則可達 70％。減風範圍在往下游移動後即變小且風速逐漸回復，在 8D 位置減風效果降至 50％。而在中心線切面的 X-Z 切面平均風速等值圖 (圖 7-57)可亦看出類似的結果，低風速區到 8D 的位置，減風效果即降至 50％。平均風速在高度分佈上，則是以樹幹近地表區域的風速較高，低速區則是落在 1.5D 高度附近 (0.6 倍的樹高 )。

第七章結果與討論

表 7-1

矩形樹

冠

之

r _h 值

率定表疏密度 γ

0

(％) 厚度

B/D 0.3 0.5 0.75

0.15 1.4 2.35 4.25 0.3 1.9 3 4.25 0.5 1.75 2.25 3

1 1.35 2 3 2 1.2 2.3 4 資料來源：本文整理

表 7-2 三角形樹冠模型之 r _h 值(1D×1D)

層數厚度(D) 疏密度(%)

r h

1 0.1 0.298 1.000

2 0.2 0.298 1.625

1 0.2 0.674 3.762 2 0.4 0.420 2.421 3 0.6 0.981 4.512 4 0.8 0.816 4.267

第七章結果與討論

圖 7-1 矩形樹冠數值模擬區域示意圖

資料來源：本文整理

X

Z

-5 0 5 1 0 15

-4 -2 0 2 4

Y

-0.75 0 0.75

圖 7-2 矩形樹冠數值模擬網格配置圖

資料來源：本文整理

第七章結果與討論

X

Y

-5 0 5 10 15 20

-5 0

U

₀

X

Z

-5 0 5 10 15 20

0 1 2 3 4 5 6 7

U

₀

圖7-7

單株樹之數值模擬配置圖資料來源：本文整理

X

Y

-5 0 5 10 15 20

-5 0 5

X

Z

-5 0 5 10 15 20

0 1 2 3 4 5 6 7 8

圖 7-8 單株樹之數值模擬網格配置圖

第七章結果與討論

u/U₀

第七章結果與討論

u/U₀

第七章結果與討論

u/U₀

第七章結果與討論

u/U₀

第七章結果與討論

u/U₀

第七章結果與討論

u/U₀

第七章結果與討論

u/U₀

第七章結果與討論

1. 4

1.6 1.4

1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3

3.2 3.4

3.6 3.8

4.24 3. 8 3. 6 3. 4 3. 2

3 2.

2.6 8 2.4 2.2 2

 ₀ (%)

B/ D

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

0.5 1 1.5 2

圖 7-39 矩形樹冠疏密度與厚度對 r _h 關係之等值圖

第七章結果與討論

資料來源：本文整理

0.9 0.8 0.7 0. 6 0. 5

0.3

0.9 0.7 0.8 0.5 0.6

0.9 0. 9

y/D

第七章結果與討論

X

Y

-4 -2 0 2 4 6 8 10

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3

4 ^UVWA: ⁰ ^0.1 ^0.2 ^0.3 ^0.4 ^0.5 ^0.6 ^0.7 ^0.8 ^0.9 ¹

z/D=1.5

Tree Canopy

50 %

圖 7-56 單株樹 ST2 半高剖面之平均風速等值圖

資料來源：本文整理

X

Z

-4 -2 0 2 4 6 8 10

0 1 2 3 4 5

UVWA: 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

y/D=0

Tree Canopy

50 %

圖 7-57 單株樹 ST2 橫向中心剖面之平均風速等值圖

資料來源：本文整理

在文檔中風場通透樹木特性模式(3/3) (頁 93-127)

第七章 結果與討論

第三節 單株樹結果

r 值 乃 依 據 矩 形 樹 冠 結 果 進 行 給 定 ， 給 定 方 式 在 2 h

r 可 h

r 值 分 布 特 性，以 改 進 模 h

表 7-1

冠

r h 值

0

表 7-2 三角形樹冠模型之 r h 值(1D×1D)

r h

表 7-3 三角形樹冠模型之 r h 值(1D×2D)

r h

表 7-4 單株樹 ST1 模型之 r h 值

r h

表 7-5 單株樹 ST2 模型之 r h 值

r h

圖 7-1 矩形樹冠數值模擬區域示意圖

X

Z

Y

-0.75 0 0.75

圖 7-2 矩形樹冠數值模擬網格配置圖

X

Y

U

X

Z

U

圖7-7

X

Y

X

Z

圖 7-8 單株樹之數值模擬網格配置圖

1. 4

1.6 1.4

1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3

3.2 3.4

3.6 3.8

4.24 3. 8 3. 6 3. 4 3. 2

3 2.

2.6 8 2.4 2.2 2

 0 (%)

B/ D

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

0.5 1 1.5 2

圖 7-39 矩形樹冠疏密度與厚度對 r h 關係之等值圖

0.9 0.7 0.8

0.5 0.4 0. 3 0.2

0.1

0.9

0.7 0.9

0.3 0.5

0.2

0.9 y/D

z/D

-2 -1 0 1 2

0 1 2 3

圖 7-44 單株樹 ST1 下游 4D 順風向平均風速結果(實驗值)

0.7 0.9 0.5 0.3

0.2 0.1 0.1

0.9

0.5 0.7 0.2 0.3

0.9 0.9

y/D

z/D

-2 -1 0 1 2

0 1 2 3

圖 7-45 單株樹 ST1 下游 4D 順風向平均風速結果(數值結果)

0. 9 0.8 0.7

0.6 0. 5

0.3

0.9

0.8 0.9 0.7 0. 6 0.5

0.9 0.4

y/D

z/D

-2 -1 0 1 2

第七章結果與討論

第三節單株樹結果

r 值乃依據矩形樹冠結果進行給定，給定方式在 2 _h

r 可 _h

r 值分布特性，以改進模 _h

r _h 值

表 7-2 三角形樹冠模型之 r _h 值(1D×1D)

表 7-3 三角形樹冠模型之 r _h 值(1D×2D)

表 7-4 單株樹 ST1 模型之 r _h 值

表 7-5 單株樹 ST2 模型之 r _h 值

 ₀ (%)

圖 7-39 矩形樹冠疏密度與厚度對 r _h 關係之等值圖

4 ^UVWA: ⁰ ^0.1 ^0.2 ^0.3 ^0.4 ^0.5 ^0.6 ^0.7 ^0.8 ^0.9 ¹