實驗條件

依據流體力學的原理，風洞內模擬之流場與實際流場須滿足下列相似 性要求：

一、 幾何相似性：

1. 模型和真實建築物各方向之比例縮尺必須相同

Hm = 0.5 m，風洞中邊界層的厚度δ_m= 1.0 m。

其中L 為紊流的積分尺度(Integral length scale)，邊界層流中的積_t 分尺度約為L_t = 30. δ。

50 m的建築物，迎風面積之方根之8倍為560 m，若縮尺比為1/200，則 模型半徑為2.8 m，亦即風洞寬度至少需要5.6 m以上，較不合理。但 若以建物高度3倍為半徑，若縮尺比為1/200，則模型半徑為1.5 m，風 洞寬度僅需要3.0 m，較接近一般建築物試驗用風洞之尺寸。

式中U 為邊界層外之風速。環境風場之風洞實驗所採用之風速_δ U_δ 大約介於8 ~ 15 m/s之間。

2. 黏性次層

地表附近有黏性次層(viscous sublayer)

u*

10 z= ν

式中u*為剪力速度。若在風洞實驗中，黏性次層的厚度大於行人風 場之高度，則所量測得之地表風速因受到流體黏滯性的影響，便無 法滿足紊流流場的相似性。譬如建築物的縮尺比例為1/500，行人風 場的實際高度為1.5 m ~ 2.0 m，則風洞實驗需量測離地表3.0 m ~ 4.0 mm高度處之風速，若此高度小於黏性次層的厚度，則此處之風速無 法正確地反應出現場的紊流流速。

三、動力相似性：要求風洞實驗之雷諾數、羅士比數、理察生數與實際 流場相同。

1. 雷諾數相似

雷諾數(Reynolds no.)的定義為

= UνL Re

式中L為流場之特徵長度，U為流場之特徵速度，ν為空氣之運動黏滯 係數。雷諾數代表慣性力和黏滯力之比，雷諾數小時，黏滯力大於慣 性力，流場中的擾動會因黏滯力而衰減，流速穩定，流況為層流；反

之，若雷諾數較大時，流場較不穩定，擾動容易增強，形成亂流。

大氣邊界層之特徵雷諾數高達10⁷ ~ 10⁸以上，表示流況屬於亂 流，且慣性力遠大於黏滯力。但要求風洞內之雷諾數與實際情況相同 幾無可能，所幸紊流在高雷諾數具有雷諾數相似性之特徵，亦即當雷 諾數超過某臨界值時，紊流結構之特徵不受雷諾數大小的影響。由實 驗結果顯示，當雷諾數大於10⁴時，非流線形物體所受的阻力係數及 紊流流場不再受雷諾數的影響[文獻15]。

一般在評估建築物周遭風場時，建築物實體的高度約為100 ~ 200 公尺，如果模型之比例縮尺為1/200 ~ 1/500，風速的縮尺為1/2 ~ 1/3，

亦即模型之高度約為0.3 m，風洞內風速約為10 m/s，則風洞內模型的 雷諾數約為10⁵，超過臨界雷諾數10⁴。換句話說，當風洞內的特徵雷 諾數超過臨界雷諾數，風洞內的風場應能合理地模擬實際建築物周遭 之風場。

2. 羅士比數相似：

羅士比數(Rossby no.)的定義為

L Ro U

= Ω

式中Ω = 7.29×10^-5 s^-1為地球自轉之角速度，L為水平距離。羅士比數 Ro代表地球自轉之科氏力對氣流的影響。高層建築物所影響之風場環 境約為高樓周遭L = 1000 m的範圍，若風速之數量級為10 m/s，羅士 比數Ro為140。這表示環境風場的問題中，科氏力遠小於慣性力，科 氏力的效應可予以忽略。

3. 理察生數相似：

理察生數(Richardson no.)的定義為

2

模型實驗之初始條件的相似性要求風洞中迫近流場(approaching flow) 與 實 際 流 況 相 似 ， 且 迫 近 流 場 之 邊 壁 必 須 滿 足 完 全 粗 糙 (completely rough)的條件

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