第五章 結果與討論
第一節 大氣邊界層來流風場檢討
研究中針對方形截面之剛性氣彈力柱體模型在都市與鄉村地 況之來流風場中檢視其動態反應。為確定來流風場之空間均勻程度
，乃進行了系列的風速剖面量測，以為試驗結果評估之依據。
一、
BL9
風場(
都市地況)
研究中針對
BL9
之配置，在4
種不同之運轉風速情況下於模 型中心位置量測未設置模型時流場之剖面風速歷時資料。在應用熱 線流速儀量測風速的過程中，採樣頻率為250 Hz
，採樣時間為70
秒。1
、平均風速剖面圖
5-1
至圖5-3
顯示在不同風速下的無因次縱向平均速度、紊 流強度與紊流尺度剖面，其中邊界層厚度係以相應於95%
層緣風 速之厚度( )
為標定值。由圖中結果可見，當測試段中風速改變時(
量測狀況之變化範圍內)
，無因次的剖面具有不錯的相似性。表5-1
另列出相關之邊界層特性值，數據亦顯示測試段風速之改變對邊界 層厚度( )
與指數律指數(
δ
95δ
95α)
影響不大。2
、水平橫向均勻度為瞭解模型鄰近區域風場在水平橫
(y)
向之均勻程度，除了模 型中心位置(O
點處，參見圖5-4)
外，研究中另於距離50 cm
處之C
、
D
點位置量測流場之風速剖面。在較低之運轉風速下，圖
5-5
至圖5-7
顯示無論在無因次平均 速度、紊流強度或紊流尺度剖面上，水平橫向之變化均不明顯。由 相應之表5-2
得知，邊界層厚度( δ )
95 與指數律指數( ) α
變化極微，而層緣風速之變化約在
5%
內。在較高之運轉風速下，圖
5-8
至圖5-10
顯示無因次平均速度、紊流強度與紊流尺度剖面之橫向變化仍不顯著。相應之表
5-3
顯 示，邊界層厚度( )
之橫向變化增為約8%
，指數律指數( )
變化 仍微，然層緣風速之變化增為約15%
。δ
95α
3
、水平縱向的變化研究中再於距離
O
點50 cm
處之A(
上游)
、B(
下游)
點位置量 測空流場之風速剖面，以確實掌握模擬風場在縱(x)
向之變化情形。在較低之運轉風速下，圖
5-11
與圖5-12
顯示無因次平均速度與 紊流強度剖面在近地面處有些許差異，而在無因次紊流尺度剖面上(
圖5-13)
之差異則較不明顯。表5-2
亦顯示，邊界層厚度( )
之變 化極微，層緣風速之變化約為20%
，而指數律δ
95α
值由0.41
衰減至0.29
。究其原因，應係人為製造之紊流在縱向衰減所致。在較高之運轉風速下，圖
5-14
與圖5-16
顯示無因次平均速度、紊流強度與紊流尺度剖面之差異程度更形顯著。由表
5-3
得知，邊界層厚度之縱向變化增為約
15%
，層緣風速之變化約為23%
( )
，而指數律 值由0.44
衰減至0.33
；由此可見，人為製造之 紊流在縱向衰減效應仍明顯。δ
95α
二、
BL3
風場(
鄉村地況)
研究中繼針對
BL3
之配置，在四種不同之運轉風速情況下於 模型中心位置量測未擺設模型時流場之剖面風速歷時資料。1
、平均風速剖面圖
5-17
至圖5-19
顯示在不同風速下的無因次縱向平均速度、紊流強度與紊流尺度剖面。由圖中結果可見，當測試段中風速改變 時
(
量測狀況之變化範圍內)
，無因次的剖面具有可接受的相似性。表
5-4
另列出相關之邊界層特性值，除了在最低風速之情況，數據中顯示測試段風速之改變對邊界層厚度
( δ )
95 與指數律指數( )
影響 不大。α
2
、水平橫向均勻度在較低之運轉風速下，圖
5-20
至圖5-22
顯示無論在無因次平 均速度、紊流強度或紊流尺度剖面上，水平橫向之變化均不明顯。由相應之表
5-5
得知，邊界層厚度( δ )
95 與指數律指數( )
變化極微，而層緣風速之變化約為
1%
。α
在較高之運轉風速下，圖
5-23
至圖5-25
顯示無因次平均速度、紊流強度與紊流尺度剖面之橫向變化亦不顯著。相應之表
5-6
顯 示，邊界層厚度( δ
95)
與指數律指數( α)
之變化仍微，層緣風速之變 化在2%
以內。3
、水平縱向的變化在較低之運轉風速下，圖
5-26
與圖5-27
顯示無因次紊流強度 剖面在近地面處略有差異，而在無因次平均速度與紊流尺度剖面上(
圖5-28)
之差異不明顯。表5-5
亦顯示，邊界層厚度( )
之變化在1%
內，層緣風速之變化約在4%
內，而指數律δ
95α
值由0.25
衰減至0.21
。在較高之運轉風速下，圖
5-29
與圖5-31
顯示無因次平均速度、紊流強度與紊流尺度剖面之差異不顯著。由表
5-6
得知，邊界層 厚度( )
之縱向變化約為5%
，層緣風速之變化約為2%
，而指數 律 值由0.29
衰減至0.25
。δ
95α
表
5-1 BL9
在不同風速下之邊界層剖面特性值(O
點位置)
地況
BL9
剖面1
剖面2
剖面3
剖面4
風機轉速
70 110 150 200
層緣平均風速
)
(
U δ (m/s)
956.31 10.41 14.38 19.26
邊界層厚度δ (cm)
95127.6 129.9 124.0 121.1 power law
指數(α
值) 0.36 0.35 0.37 0.37 (
資料來源：本研究整理)
表
5-2 BL9
在不同位置之邊界層剖面特性值(
低運轉風速)
地況BL9
剖面A
剖面B
剖面O
剖面C
剖面D
層緣平均風速) (
U δ (m/s)
954.47 5.33 5.70 5.99 5.89
邊界層厚度δ (cm)
95127.6 127.9 128.7 125.1 127.4
power law
指數(α
值) 0.41 0.29 0.35 0.33 0.35
(
資料來源：本研究整理)
表
5-3 BL9
在不同位置之邊界層剖面特性值(
高運轉風速)
地況BL9
剖面A
剖面B
剖面O
剖面C
剖面D
層緣平均風速) (
U δ (m/s)
958.26 10.78 9.82 8.33 9.60
邊界層厚度δ (cm)
95130.0 119.4 111.3 111.0 120.3 power law
指數(α
值) 0.44 0.33 0.37 0.33 0.36 (
資料來源：本研究整理)
表
5-4 BL3
在不同風速下之邊界層剖面特性值(O
點位置)
地況
BL3
剖面1
剖面2
剖面3
剖面4
風機轉速
70 110 150 200
層緣平均風速
)
(
U δ
95(m/s) 4.42 8.33 12.92 17.82
邊界層厚度
δ (cm)
95136.0 156.5 166.3 168.1
power law
指數(α
值) 0.22 0.27 0.27 0.29
(
資料來源：本研究整理)
表
5-5 BL3
在不同位置之邊界層剖面特性值(
低運轉風速)
地況BL3
剖面A
剖面B
剖面O
剖面C
剖面D
層緣平均風速) (
U δ
95(m/s) 4.45 4.28 4.42 4.40 4.37
邊界層厚度δ (cm)
95141.5 126.1 136.0 136.8 138.4 power law
指數(α
值) 0.25 0.21 0.22 0.24 0.24 (
資料來源：本研究整理)
表
5-6 BL3
在不同位置之邊界層剖面特性值(
高運轉風速)
地況BL3
剖面A
剖面B
剖面O
剖面C
剖面D
層緣平均風速) (
U δ
95(m/s) 8.26 8.40 8.33 8.20 8.31
邊界層厚度δ (cm)
95160.3 165.6 156.5 157.7 146.6
power law
指數(α
值) 0.29 0.25 0.27 0.26 0.26
(
資料來源：本研究整理)
圖
5-1 BL9
在不同風速下之無因次縱向平均風速剖面Profile 1 Profile 2 Profile 3 Profile 4 x
Profile 1 Profile 2 Profile 3 Profile 4 x
(
資料來源：本研究整理)
圖
5-3 BL9
在不同風速下之無因次長度尺度剖面x xx
x x
x x x x x
x x x
Lx (cm) z/δ95
0.0 30.0 60.0 90.0 120.0 150.0
0.0 0.2 0.4 0.7 0.9 1.1
Profile 1 Profile 2 Profile 3 Profile 4 x
(
資料來源：本研究整理)
圖
5-4
水平縱向與橫向測點位置示意圖y
50cm 50cm
D
A 50cm B
C
O 50cm
來流 x
(
資料來源：本研究繪製)
圖
5-5 BL9
在較低運轉風速下無因次平均風速剖面之橫向比較Profile C Profile O Profile D x
Profile C Profile O Profile D x
(
資料來源：本研究整理)
圖
5-7 BL9
在較低運轉風速下無因次長度尺度剖面之橫向比較0.0 30.0 60.0 90.0 120.0 150.0
0.0
Profile C Profile O Profile D x
Profile C Profile O Profile D x
(
資料來源：本研究整理)
圖
5-9 BL9
在較高運轉風速下紊流強度剖面之橫向比較Profile C Profile O Profile D x
0.0 30.0 60.0 90.0 120.0 150.0
0.0
Profile C Profile O Profile D x
(
資料來源：本研究整理)
圖
5-11 BL9
在較低運轉風速下無因次平均風速剖面之縱向比較Profile A Profile O Profile B x
Profile A Profile O Profile B x
(
資料來源：本研究整理)
圖
5-13 BL9
在較低運轉風速下無因次長度尺度剖面之縱向比較0.0 30.0 60.0 90.0 120.0 150.0
0.0
Profile A Profile O Profile B x
Profile A Profile O Profile B x
(
資料來源：本研究整理)
圖
5-15 BL9
在較高運轉風速下紊流強度剖面之縱向比較Profile A Profile O Profile B x
0.0 30.0 60.0 90.0 120.0 150.0
0.0
Profile A Profile O Profile B x
(
資料來源：本研究整理)
圖
5-17 BL3
在不同風速下之無因次縱向平均風速剖面Profile 1 Profile 2 Profile 3 Profile 4 x
Profile 1 Profile 2 Profile 3 Profile 4 x
(
資料來源：本研究整理)
圖
5-19 BL3
在不同風速下之無因次長度尺度剖面0.0 30.0 60.0 90.0 120.0 150.0
0.0
Profile 1 Profile 2 Profile 3 Profile 4 x
Profile C Profile O Profile D x
(
資料來源：本研究整理)
圖
5-21 BL3
在較低運轉風速下紊流強度剖面之橫向比較Profile C Profile O Profile D x
0.0 30.0 60.0 90.0 120.0 150.0
0.0
Profile C Profile O Profile D x
(
資料來源：本研究整理)
圖
5-23 BL3
在較高運轉風速下無因次平均風速剖面之橫向比較Profile C Profile O Profile D x
Profile C Profile O Profile D x
(
資料來源：本研究整理)
圖
5-25 BL3
在較高運轉風速下無因次長度尺度剖面之橫向比較0.0 30.0 60.0 90.0 120.0 150.0
0.0
Profile C Profile O Profile D x
Profile A Profile O Profile B x
(
資料來源：本研究整理)
圖
5-27 BL3
在較低運轉風速下紊流強度剖面之縱向比較Profile A Profile O Profile B x
0.0 30.0 60.0 90.0 120.0 150.0
0.0
Profile A Profile O Profile B x
(
資料來源：本研究整理)
圖
5-29 BL3
在較高運轉風速下無因次平均風速剖面之縱向比較Profile A Profile O Profile B x
Profile A Profile O Profile B x
(
資料來源：本研究整理)
圖
5-31 BL3
在較高運轉風速下無因次長度尺度剖面之縱向比較x xx
x x
x x x
x x
x x
x xx
Lx (cm) z/δ95
0.0 30.0 60.0 90.0 120.0 150.0
0.0 0.2 0.4 0.7 0.9 1.1
Profile A Profile O Profile B x