平均濃度分佈

本實驗在風洞試驗段模擬出都市地形之大氣邊界層，並於建築物模型前方 3 倍建築物高度距離處(3H，H 為建築物高度)，連續排放氣懸性追蹤氣體，排放強 度以密度福祿數(densimetric Froude number) Fr 表示，分別為 Fr=100 與 Fr=200；而排放源高度 h 分別為：(1)高於建築物(h=1.5H)，(2)與建築物同高 (h=H)，以及低於建築物(h=0.5H)，分別進行量測分析包括：(1)建築物週圍環境 污染擴散；以及(2)建築物本身各表面(前、後、左、右、上)之濃度分佈情形。

實驗量測主要依據前章所建置之實驗系統與技術以及實驗佈置，據以量測平均濃 度場，並分析相關擴散特性。

檢驗本研究實驗在不同密度福祿數作用下，於平坦地形煙流最終上升高度△

h 之風洞實驗值與 Briggs 研究提出之推算公式值。Briggs[18]公式如下

u v h= 3d^{s s}

Δ (3-2)

上式中， 為排放管口徑， 為煙流出口速度， 為排放管高度之橫向平均風速。

將本研究實驗在不同密度福祿數作用下，於平坦地形煙流最終上升高度△h 之風洞實驗值與 Briggs 之推算公式值結果，兩相比較結果示如圖 3-4。比較結 果顯示，實驗值在不同密度福祿數條件控制下，均與 Briggs 公式推算結果相近 吻合，特別是密度福祿數增大後，實驗值與計算值更為吻合。

圖3­4  不同密度福祿數作用下，煙流最終上升高度風洞實驗值與 Briggs 推算公式比較圖  資料來源: 本研究整理

實驗中所量測到平均濃度值 C，均以排放源出口之初始濃度值 C⁰為參考比較 基準，將實驗量測濃度結果加以無因次化後，繪圖分析無因次濃度參數值 C/C⁰ 之分佈變化，藉以探討擴散特性。

(1) 建築物周圍平均濃度水平方向分佈

圖 3-5 至圖 3-7 分別顯示於排放源強度密度福祿數 Fr=100 時，在不同 排放源高度等於 0.5H、H、1.5H 時，沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之 建築物周圍之等濃度值水平方向分佈變化。

各圖之等濃度值分佈結果顯示：無論排放源高度低於、等於、或高於建 築高度，在建築物迎風面上游處追蹤氣體均會累積聚集，其平均濃度值明顯 較建築物其他處例如兩側或背風面或頂面為高。

0 1 2 3 4 5 6 7 變化；排放源高度h=0.5H，密度福祿數 Fr=100 

資料來源: 本研究整理

圖3­6  沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0水平方向分佈變 化；排放源高度h=H，密度福祿數 Fr=100 

資料來源: 本研究整理

0 1 2 3 4 5 6 7 -2

-1 0 1 2

X/H Y/H

0.00025

C/Co

圖3­7  沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0水平方向分佈變 化；排放源高度h=1.5H，密度福祿數 Fr=100 

資料來源: 本研究整理

圖 3-5 與圖 3-6 分別為排放源高度低於(h=0.5H)或等於(h=H)建築物高 度，二者其結果均明顯呈現著在建築物迎風面上游處區域濃度聚集現象，意 即在該區域量測到之追蹤氣體平均濃度均較其他周遭區域高。此即由於建築 物之阻擋效應，由前節之建築物煙流視現觀察獲知，迎風面上游處形成下切 氣流與回流區，故致使排放後之追蹤氣體容易在該迎風面上游區域產生堆積 聚集，因此使得平均濃度升高。圖 3-7 之排放源高度超過建築物(h=1.5H)，

因此阻擋效應較弱，使得迎風面上游處之濃度聚集現象較不顯著。

比較圖 3-5 及圖 3-6 與圖 3-7 之結果，我們發現當排放源高度較建築物 高度低時，建築物迎風面上游區域之追蹤氣體累積更顯著，使得該區域之平 均濃度升高變大。

圖 3-8 至圖 3-10 分別顯示於排放源強度密度福祿數 Fr=200 時，在不同排放 源高度等於 0.5H、H、1.5H 時，沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周

0 1 2 3 4 5 6 7 -2

-1 0 1 2

Y/H

X/H

C/Co

0.0004 0.0005 0.0005

圍之等濃度值水平方向分佈變化。各圖之等濃度值分佈結果顯示在建築物迎風面 上游處追蹤氣體累積聚集，其平均濃度值相較其它建築物背風面下游處，以及建 築物兩側處，以及建築物頂面之平均濃度明顯較高。而平均濃度分佈族較上游處 濃度值為低。此濃度分佈變化特性無論排放強度 Fr =100 或 Fr =200 均呈現相似 情況。

圖3­8  沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0 水平方向分佈 變化；排放源高度h=0.5H，密度福祿數 Fr=200 

資料來源: 本研究整理

0 1 2 3 4 5 6 7 -2

-1 0 1 2

Y/H

X/H

C/Co

0.0009 0.0006

0.0006

0 1 2 3 4 5 6 7

-2 -1 0 1 2

Y/H

X/H

C/Co

圖3­9  沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0水平方向分佈變 化；排放源高度h=H，密度福祿數 Fr=200 

資料來源: 本研究整理

圖3­10  沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0水平方向分佈 變化；排放源高度h=1.5H，密度福祿數 Fr=200 

在建築物迎風面上游處，圖 3-8 與圖 3-10 結果均明顯呈現著濃度聚集 現象，意即在該區域量測到之追蹤氣體平均濃度均較建築物周遭其他區域 高。此即由於建築物之阻擋效應，形成迎風面上游區域之下切氣流與回流區 (參見第一節之建築物煙流示現結果)，致使排放後之追蹤氣體容易在該區域 產生堆積聚集，使得平均濃度升高。圖 3-10 之排放源高度超過建築物 (h=1.5H)，因此建築物阻擋效應較弱，使得迎風面上游處之濃度聚集現象較 不顯著。

比較圖 3-8 及圖 3-9 與圖 3-10 之結果，我們發現當排放源高度較建築 物高度低時，建築物迎風面上游區域之追蹤氣體累積更顯著，使得該區域之 平均濃度升高變大。此濃度分佈變化特性無論排放強度 Fr =100 或 Fr =200 均呈現相似情況。

在排放源強度密度福祿數 Fr=100，而排放源高度等於 0.5H 時，沿著污 染廢氣團中心軸線往下游不同距離處之各水平方向無因次平均濃度分佈剖 面，示如圖 3-11。圖中顯示在建築物迎風面上游處 XH=1，2 處平均濃度分 佈曲線呈現較集中且其曲線高峰值也較建築物背面下游處 XH=3，4，5，6，

7 之曲線高峰值明顯為大。

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0

0.0004 0.0008 0.0012 0.0016

0.002 X/H

X/H=1 X/H=2 X/H=3 X/H=4 X/H=5 X/H=6 X/H=7

Y H C

C

₀

圖3­11  沿著污染廢氣團中心軸線往下游不同距離處之各水平方向無因次平均濃度 C/C0分 佈剖面；在排放源高度h=0.5H，密度福祿數 Fr=100 

資料來源: 本研究整理

圖 3-12 則為在排放源強度密度福祿數 Fr=100，而排放源高度等於 H 時，沿著污染廢氣團中心軸線往下游不同距離處之各水平方向無因次平均濃 度分佈剖面。該圖結果也與圖 3-11 呈現相同之變化趨勢。

在排放源強度密度福祿數 Fr=100，而排放源高度等於 1.5H 時，沿著污 染廢氣團中心軸線往下游不同距離處之各水平方向無因次平均濃度分佈剖 面結果示如圖 3-13。平均濃度分佈剖面變化趨勢，也與圖 3-11 及圖 3-12 相似。

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0

0.0004 0.0008 0.0012

0.0016 ^X/H

X/H=1 佈剖面；在排放源高度h=1.5H，密度福祿數 Fr=100 

資料來源: 本研究整理

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 佈曲線呈現較集中且其曲線高峰值也較建築物背面下游處 XH=3，4，5，6，

7 之曲線高峰值明顯為大。 佈剖面；在排放源高度h=0.5H，密度福祿數 Fr=200 

資料來源: 本研究整理

圖 3-15 則為在排放源強度密度福祿數 Fr=200，而排放源高度等於 H 時，沿著污染廢氣團中心軸線往下游不同距離處之各水平方向無因次平均濃 度分佈剖面。該圖結果也與圖 3-14 呈現相同之變化趨勢。

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 0

0.001 0.002 0.003

0.004 _X/H

X/H=1

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 佈剖面；在排放源高度h=1.5H，密度福祿數 Fr=200 

資料來源: 本研究整理

(2) 建築物周圍平均濃度垂直方向分佈

在排放源強度密度福祿數 Fr=100，而排放源高度等於 0.5H 時，沿著污 染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值垂直方向分佈變化 結果如圖 3-17 所示。

0 1 2 3 4 5 6 7 1

2 3 4

Z/H

X/H

C/Co

圖3­17  沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0垂直方向分佈 變化；排放源高度h=0.5H，密度福祿數 Fr=100 

資料來源: 本研究整理

由於排放源高度 0.5H 低於建築物高度 H，建築物將形成阻滯氣流作用，

因此在建築物迎風面上游處出現追蹤氣體濃度聚積，使得平均濃度增加，明 顯較建築物周圍其他區域為大。此現象與 Yassin 等人[19]之實驗結果相同。

圖 3-18 與圖 3-19 所示分別為在排放源強度密度福祿數 Fr=100，而排 放源高度等於 H 與 1.5H 時，沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物 周圍之等濃度值垂直方向分佈變化。

0 1 2 3 4 5 6 7 0

1 2 3 4

Z/H

X/H

C/Co

0.0004 0.00025

0 1 2 3 4 5 6 7

0 1 2 3

4 C/Co

Z/H

X/H

0.0001

 

圖3­18  沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0垂直方向分佈 變化；排放源高度h=H，密度福祿數 Fr=100 

資料來源: 本研究整理

圖3­19  沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0垂直方向分佈 變化；排放源高度h=1.5H，密度福祿數 Fr=100 

資料來源: 本研究整理

0 1 2 3 4 5 6 7 1

2 3 4

0.002

X/H Z/H

C/Co

0.00015

比較圖 3-17 與圖 3-19 濃度分佈結果顯示：由於排放源高度與建築物高 度超過建築物高度，故追蹤氣體隨氣流越過建築物往下游擴散。因此在建築 物迎風面上游處則追蹤氣體濃度較不易聚積，濃度也相較排放源高度低於建 築物高度時，其建築物迎風面上游處之濃度值為低。

在排放源強度密度福祿數 Fr=200，而排放源高度等於 0.5H 時，沿著污 染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值垂直方向分佈變化 結果如圖 3-20 所示。

圖3­20  沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0垂直方向分佈 變化；排放源高度h=0.5H，密度福祿數 Fr=200 

資料來源: 本研究整理

圖 3-20 等濃度值分佈變化顯示：由於排放源高度 0.5H 低於建築物高度 H，建築物將形成阻滯氣流作用，因此在建築物迎風面上游處出現追蹤氣體 濃度聚積，使得平均濃度增加，故濃度明顯較建築物周圍其他區域例如背風 面或頂面為大。此現象與 Yassin 等人[19]之實驗結果相同。

圖 3-21 與圖 3-22 所示分別為在排放源強度密度福祿數 Fr=200，而排

0 1 2 3 4 5 6 7 0

1 2 3 4

X/H Z/H

C/Co

0

0.0004

0.0004

放源高度等於 H 與 1.5H 時，沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物 周圍之等濃度值垂直方向分佈變化。

圖3­21  沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0垂直方向分佈 變化；排放源高度h=H，密度福祿數 Fr=200 

資料來源: 本研究整理

0 1 2 3 4 5 6 7 0

1 2 3 4

Z/H

X/H

C/Co

0.0006

圖3­22  沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0垂直方向分佈

圖3­22  沿著污染廢氣團中心軸線往下游距離之建築物周圍之等濃度值 C/C0垂直方向分佈

在文檔中 廢氣排放對周圍環境影響之風洞實驗研究 (頁 35-94)