第四章 研究方法
第一節 實驗配置與量測
建 研 所 風 洞 實 驗 室 本 體 為 一 垂 直 向 的 封 閉 迴 路 系 統 (如 圖 4-2)，總 長 度 為 77.9m，最 大 寬 度 為 9.12m，最 大 高 度 為 15.9m。具 有 第 一 與 第 二 兩 個 測 試 區 ， 其 斷 面 分 別 為 4 m × 2.6 m 與 6 m × 2.6 m。 風 扇 型 式 為 直 接 傳 動 軸 流 式 風 扇 ， 直 徑 4.75m ， 驅 動 馬 達 的 最 大 馬 力 為 500kW， 最 高 轉 速 為 390rpm。 正 常 運 轉 風 速 範 圍 為 2 m/s 至 35 m/s，
最 高 風 速 為 39 m/s。第 一 測 試 段 測 試 區 空 風 洞 紊 流 強 度 0.17%至 2%。
另 顧 慮 到 未 來 如 進 行 污 染 擴 散 試 驗 或 煙 霧 視 流 試 驗 可 能 對 風 洞 本 體 及 工 作 氣 體 造 成 污 染 ， 原 封 閉 迴 路 風 洞 可 切 換 為 開 放 式 風 洞 。
壹 、 風 速 量 測
本 實 驗 風 速 剖 面 量 測 係 以 裂 膜 探 針 (Spilt Film)配 合 恆 溫 流 速 儀 (Constant Temperature Anemometer; DANTEC 9090N10101)進 行 量 測 (如 圖 4-4)。 而 參 考 風 速 則 採 用 直 式 皮 托 管 (如 圖 4-5)配 合 薄 膜 式 壓 力 計 (VALIDYNE Differential Pressure Transducer；DP103)量 測，所 使 用 之 量 測 設 備 介 紹 如 下 ：
(1) 風 速 剖 面
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屬 導 線 時 會 使 導 線 溫 度 升 高，而 當 流 體 流 經 金 屬 表 面 時 會 帶 走 部 分 熱 量 之 原 理 來 量 測 流 體 之 速 度。當 探 針 (probe)所 在 位 置 之 電 阻 R 值 因 溫 度 之 改 變 而 改 變 時，使 得 電 橋 失 去 平 衡。本 實 驗 室 所 有 之 恆 溫 式 流 速 儀，利 用 補 償 電 路 (compensating circuit)，因 應 流 速 之 變 動，對 流 經 探 測 元 之 電 流 做 瞬 間 之 改 變 來 維 持 探 測 元 之 操 作 溫 度 固 定 不 變 (因 而 探 測 元 之 電 阻 亦 不 變 )， 使 電 橋 保 持 平 衡 狀 態 。 如 此 即 可 經 由 回 饋 電 壓 的 變 化 來 得 知 所 要 量 測 流 場 中 流 速 之 變 化，有 關 熱 線 測 速 儀 量 測 原 理 如 圖 4-3所 示 。 實 驗 中 ， 將 測 速 儀 裝 設 於 可 垂 直 與 橫 向 移 動 的 移 動機 構 ， 測 針 擺 設 位 置 均 以 電 腦 控 制 。
本 次 試 驗 採 用 之 裂 膜 探 針 (55R55)如 圖 4-4所 示，有 別 於 常 用 之 X 型 式 之 探 針，其 v 方 向 與 u 方 向 速 度 可 量 測 夾 角 可 達 ±90°(X 型 式 最 大 可 量 測 夾 角 為 ±45°)， 惟 須 較 為 繁 複 之 校 正 過 程 以 及 高 階 項 次 係 數 率 定 。
(2) 參 考 風 速
本 實 驗 採 用 皮 托 管 進 行 參 考 風 速 量 測，皮 托 管 所 量 測 到 的 壓 力 差 值 傳 遞 至 壓 力 轉 換 器，利 用 伯 努 利 方 程 式 (Bernoulli equation)，即 依 據 4-1 式 計 算 出 相 應 之 風 速 。
air
U p
2
(4-1) 研 究 中 採 用 的 壓 力 轉 換 器 為 薄 膜 式 壓 力 轉 換 器 (very-low pressure
transducer， VALIDYNE DP103-18， 參 見 圖 4-6)， 具 有 堅 固 之 金 屬 外 殼 ， 其 內 部 包 有 一 壓 電 膜 片 。 當 受 到 外 部 壓 力 時 會 導 致 金 屬 薄 片 變 形，致 使 產 生 電 壓 變 化，再 經 由 訊 號 放 大 器 讀 出 電 壓 值。壓 力 轉 換 器 若 與 皮 托 管 (pitot tube)連 接 ， 經 率 定 後 可 用 以 量 測 流 場 平 均 速 度 。
薄 膜 式 壓 力 轉 換 器 率 定 應 配 合 壓 力 轉 換 器 內 部 的 壓 電 膜 片 的 受 壓 範 圍，依 照 其 膜 片 可 承 受 範 圍，利 用 壓 力 校 正 器 (DPI 610)連 接 兩 條 短 油 管 傳 輸 壓 力 給 薄 膜 式 轉 換 器 之 動 壓 與 靜 壓。壓 力 由 小 至 大，直 到 可 承 受 之 最 大 壓 力，透 過 資 料 擷 取 系 統 (取 樣 頻 率 為 250Hz，取 樣 時 間 為 10 秒 )將 所 測 之 電 壓 值 轉 換 存 檔 後 ， 其 迴 歸 率 定 曲 線 呈 線 性 型 態 。
第四章 研究方法
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第四章 研究方法
圖4-1 內政部建築研究所風洞實驗室外觀
資 料 來 源 ： 本 研 究 拍 攝圖4-2 風洞實驗室配置圖
資 料 來 源 ： 本 文 整 理26
圖4-3 熱線測速儀量測原理示意圖
資 料 來 源 ： Dantec Corp.圖4-4 裂膜探針(55R55)
資 料 來 源 ： 本 文 整 理圖4-5 皮托管 圖4-6 薄膜式壓力計
資 料 來 源 ： 本 文 整 理第四章 研究方法
圖4-7 裂膜探針示意圖
資 料 來 源 ： 本 文 整 理U
0.5(m/s)
(E2 1+E2 2)/T0 1 2 3 4 5
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
圖4-8 流速校正迴歸曲線(總反應電壓對風速之函數)
資 料 來 源 ： 本 文 整 理28
第四章 研究方法
U m/s C vol t
2/
oC/ de g re e
0 5 10 15 20 25
0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01
圖4-11 角度係數變化圖
資 料 來 源 ： 本 文 整 理圖4-12 資料擷取系統 圖4-13 LabView 介面
資 料 來 源 ： 本 文 整 理30
Term)及時間，而 為運動黏滯度(Kinematic Viscosity)，其中源項 f為樹 木或建築物於局部位置對流體造成之外力。
在密度僅為壓力的函數的假設條件(即 Barotropic 假定)下，對低馬赫 數流(Low-Mach-Number Flows)而言，空間平均形式紊流(Turbulent Flow) 控制方程式可近似為如下之指標符號形式(" "意指平均(Average)，"'"表攝 動(Fluctuation)部份，