第四章 風洞試驗
第一節 實驗設備與配置
一 、 風 洞 系 統
風 洞 試 驗 係 於 內 政 部 建 築 研 究 所 風 洞 實 驗 室 進 行。風 洞 本 體 為 一 垂 直 向 的 封 閉 迴 路 系 統(參見圖 4-1)，其總長度為 77.9m，最大寬度為 9.12m，最大高度為 15.9m，並具有第一與第二兩個測試區(斷面分別 為 4 m × 2.6 m 與 6 m × 2.6 m)。風洞中之氣流係由直接傳動軸流式 風 扇(直徑 4.75m，驅動馬達最大馬力為 500kW，最高轉速為 390rpm) 驅 動 。 模 型 試 驗 乃 於 第 一 測 試 中 進 行 ， 正 常 運 轉 風 速 範 圍 為 2 m/s 至 35 m/s，最高風速為 39 m/s，紊流強度為 0.17%至 2%。方柱模型(參 見 圖 1-1)之水平斷面尺寸為 13cm × 13cm (D)見方，高度(H)為 91cm (高寬比 H/D = 7)。試驗阻塞比(blockage ratio)約為 1.1%。
二 、 來 流 風 場 規 劃
研 究 中 以 錐 形 擾 流 板 及 粗 糙 元 素 之 搭 配 製 造 出 本 研 究 所 需 符 合C 地 況 特 性 之 風 場。試 驗 中 所 使 用 的 錐 形 擾 流 板、粗 糙 元 素 及 搭 配 方 式 如 見 圖 4-2 至圖 4-4。錐形擾流板高度為 160 公分，底寬為 30 公分。
在 錐 形 擾 流 板 後 方 1640 cm 範圍繼鋪設了尺寸為 14cm × 7cm × 5cm 的 粗 糙 元 素 。 各 排 前 後 與 左 右 之 間 距 皆 為 80 cm。圖 4-5 顯示製造而 得 之 來 流 時 均 與 均 方 根 速 度 剖 面 分 佈 。
圖 4-1. 風洞系統簡圖
資 料 來 源 ： 本 研 究 整 理圖 4-2. 粗糙元素配置圖
資 料 來 源 ： 本 研 究 整 理圖 4-3. 錐形擾流板示意圖
資 料 來 源 ： 本 研 究 整 理圖 4-4. C 地況地表粗糙元素配置圖
資 料 來 源 ： 本 研 究 整 理(a) (b) 恆 溫 流 速 儀(constant temperature anemometer，如見圖 4-6)。熱線探針 (圖 4-7)的率定乃應用已率定的薄膜式壓力轉換器，在風洞入口處地面
圖 4-6. 恆溫流速儀
資 料 來 源 ： 本 研 究 整 理圖 4-7. 熱線探針
資 料 來 源 ： 本 研 究 整 理圖 4-8. 薄膜式壓力轉換器
資 料 來 源 ： 本 研 究 整 理四 、 柱 面 風 壓 量 測
在 氣 動 力 壓 力 模 型 試 驗 中 ， 柱 體 模 型 係 以 厚 度 為 2mm 之壓克力 板 粘 合 而 成(參見圖 4-9)，模型表面於適當位置佈設 240 個間距為 0.5 至 3.5cm 之壓力量測孔。風壓孔以內徑 1mm 之 PVC 軟管將風壓訊號 導 入 電 子 式 壓 力 掃 瞄 器(ZOC33/64 PX；圖 4-10)。本壓力掃瞄器每個 單 一 模 組 有 64 個壓力輸入管(對應 64 個壓電式壓力感應器)，每一壓 力 感 應 器 皆 可 單 獨 校 正。輸 入 管 藉 由 內 徑 1mm 之 PVC 管連接至模型 量 測 點 以 量 測 壓 力 。
壓 力 量 測 管 線 系 統 採 用 內 徑 為 1mm、長 20 公分之 PVC 管，實驗 前 經 具 白 噪 音(white noise)特 性 之 擾 動 壓 力 信 號 進 行 率 定 ， 驗 證 無 扭 曲 頻 率 可 達 35Hz 以上。管線系統連接至 Scanivalve 模組上的壓力輸 入 埠 ， 電 子 式 壓 力 掃 瞄 器 以 64 個量測孔為一模組，壓力量測模組安 置 於 模 型 內 部 ， 模 型 規 劃 以 鄰 近 64 個孔位規劃為同一壓力模組，分 別 接 入 電 子 式 壓 力 掃 瞄 器 。 各 模 組 連 接 至 壓 力 訊 號 處 理 系 統(RAD BASE 3200；如圖 4-11)，可支援類比數位之轉換，最高可支援 8 個模 組 ， 其 解 析 度 為 16 bits，最大採樣頻率為 500Hz，傳輸介面為 USB，
具 備 網 路 控 制 及 傳 輸 功 能。擷 取 之 資 料 轉 換 完 成 之 後 藉 由 此 系 統 傳 至 個 人 電 腦 儲 存 以 供 後 續 分 析 之 用 。
模 型 表 面 風 壓 量 測 過 程 中，於 模 型 架 設 完 成 後 隨 後 啟 動 風 機，待 試 驗 區 風 速 達 到 設 定 風 速 後 則 開 始 擷 取 壓 力 資 料( 取 樣 頻 率 為 250 Hz，時間為 300 秒)；壓力量測部分乃以模型側方柱頂高處之靜壓為 參 考 壓 力(p )。資料量測部分由個人電腦透過 USB 介面控制資料量測0 系 統 擷 取 各 模 組 之 量 測 資 料，並 將 資 料 轉 換 為 電 子 檔 儲 存。量 測 中 使 用 之 電 子 式 壓 力 掃 瞄 器 具 備 歸 零 功 能，因 此 每 次 實 驗 操 作 前 皆 先 將 各 模 組 之 壓 力 感 測 器 歸 零 ， 以 獲 得 正 確 之 壓 力 變 化 。