實驗配置與量測方法

本研究利用內政部建築研究所的風雨風洞實驗室進行建築物表面風壓的量測，

該風洞是一個垂直向的封閉迴路式風洞(如圖 4.1)。風洞總長度為 77.9 m，最大寬度 為9.12 m，最大高度為 15.9 m。該風洞具有兩個測試區，第一測試區長 36.5 m，斷 面為4 m × 3 m；第二測試區長 21 m，斷面為 6 m × 2.6 m。本研究之模型實驗是在 第一測試區中進行，最大風速可達30 m/s，空風洞時風洞內紊流強度 0.17~2.0% (葉 祥海、苗君易，2004)。

建築物模型以壓克力板製作，模型尺寸為長度Dm = 30 cm，寬度 Bm = 30 cm，

高度Hm = 60 cm，如圖 4.2，模型的四個側面各有 55 個壓力量測孔，模型頂部有 25 個壓力量測點，總共245 個壓力量測點。壓力量測孔上下、左右的間距皆為 5 cm，

壓力量測孔直徑0.1 cm。壓力量測孔連接內徑 0.1 cm PVC 管至壓力感應器，管線長 度10 ~ 55 cm。風洞實驗時，建築物模型放置於測試區的第一旋轉盤上(如圖 4.3)，

該旋轉盤直徑為1.0 m，距離測試區入口處 3.0 m，模型距離測試區入口處 2.6 m，邊 界層厚度為7.5 cm。

一、壓力量測

模型表面風壓係以多頻道電子式壓力掃瞄器(ZOC33/64 PX, Scanivalve)配合壓力 訊號處理系統(RAD BASE 3200)同步量測建築物表面各點的瞬時壓力(如圖 4.4、圖 4.5)。該壓力掃瞄器每個模組有 64 個壓力輸入管(pneumatic inputs)，對應 64 個壓電 式壓力感應器，64 個壓力感應器共用一個參考壓力(Reference)，但每個壓力感應器 皆可單獨校正。氣流輸入管是由內徑0.1 cm PVC 管連接至模型量測點以量測模型表 面壓力。壓力量測系統可支援類比數位之轉換，本研究所使用量測系統最高可支援8 個模組，其解析度達16 bits，最大取樣頻率為 500 Hz，擷取之資料轉換完成後可藉 由USB 傳輸系統傳至個人電腦儲存分析。

本研究進行風洞實驗時，將壓力模組放入建築物模型內部，壓力管線連接至壓 力模組上的壓力輸入埠，模型每一個表面分別規劃為同一壓力模組，一次使用 1 個

壓力模組，再接入電子式壓力掃瞄器。而風洞內參考風速則採用直式皮托管(如圖 4.6) 配合薄膜式壓差計(DP103, Validyne，圖 4.7)量測。

模型表面風壓進行量測時，先將模型固定於旋轉盤上，隨後啟動風機，待試驗 區風速穩定後開始擷取壓力資料。試驗風速10 m/s，取樣頻率為 100 Hz，取樣時間 為163.84 秒，每個量測點共有 16384 筆數據。每量測完一組便將旋轉盤逆時針旋轉，

每隔 22.5^o量測一組表面壓力。實驗中參考壓力 Po和風速Uo分別為距離風洞地板底 部60 cm 處之皮托管靜壓和風速。

二、資料分析

風洞實驗中，參考壓力Po為自由流之壓力。當氣流碰到建築物迎風面而停滯時，

風的動能轉換為動壓力，故表面壓力會大於自由流之壓力，而形成正壓；在背風面 及側風面處，因分離現象造成的加速效應及尾流的渦漩作用，會低於自由流之壓力，

形成負壓區。表面壓力皆以無因次的壓力係數(Pressure coefficient) Cp表示：

時間平均壓力：





 ^N

1 i

i) N P(t

P 1 (4-1)

時間平均壓力係數： ₂

o p o

ρU 0.5

P C P

 (4-2)

式 中為 空 氣 密 度，P 為 表 面 壓 力，Po為 參 考 壓 力，Uo為 自 由 流 的 時 間 平 均 風 速 。

圖 4.1 風洞實驗室配置圖 資料來源：建研所提供

圖 4.2 壓克力模型圖 資 料 來 源 ： 本 研 究 整 理

圖 4.3 實驗配置之示意圖 資 料 來 源 ： 本 研 究 整 理

圖 4.4 壓力掃瞄器 圖 4.5 壓力訊號處理系統 資料來源：本研究整理

風速計

Data Logger

PC Pe Pe

壓力計 2.6 m 轉盤

圖 4.6 皮托管 圖 4.7 薄膜式壓力計 資料來源：本研究整理