第四章 結果與討論
第三節 目標柱體表面壓力分佈結果
第 三 節 目 標 柱 體 表 面 壓 力 分 佈 結 果
壹 、 目 標 柱 體 頂 部 壓 力 分 布
本 研 究 將 不 同 高 寬 比 的 模 型 頂 部 及 迎 風 面 依 照 等 間 距 設 立 壓 力 孔 進 行 表 面 壓 力 的 量 測 ， 利 用 壓 力 掃 描 閥 進 行 壓 力 擾 動 的 量 測 ， 每 一 個 壓 力 孔 取 樣 數 目 為 20000 點 ， 壓 力 孔 與 壓 力 孔 掃 描 間 隔 時 間 為 100*10-6杪，將 每 一 孔 壓 力 數 據 取 平 均，且 求 取 Cp 變 化 情 形，本 實 驗 的 雷 諾 數 在 9*104~1.8*105， 圖 4-19 是 頂 部 壓 力 孔 排 列 位 置 圖 。
圖 4-19 模型頂部壓力孔排列位置圖
頂 部 壓 力 量 測 在 第 一 測 試 區 第 二 迴 轉 盤 進 行 ， 先 進 行 高 寬 比 為 2 及 6 模 型 單 一 方 柱 的 模 型 實 驗 ， 實 驗 雷 諾 數 為 9*104與 1.8*105， 其 壓 力 係 數 實 驗 結 果 如 圖 4-20 及 圖 4-21 所 示 ， 在 高 寬 比 2 的 情 況 下 ， 模 型 上 下 游 各 有 一 個 較 為 高 壓 力 分 佈 的 區 域 ， 中 間 部 分 是 一 個 低 壓 力 分 佈 區 域，高 寬 比 為 6 的 情 況 下 中 間 部 分 壓 力 分 佈 相 對 較 高。
(a)Re=9*104 (b)Re=1.8*105
圖 4-20 Ho=2D 頂部壓力實驗結果
(a)Re=9*104 (b)Re=1.8*105
圖 4-21 Ho=6D 頂部壓力實驗結果
進 行 完 單 柱 之 後 目 標 模 型 與 參 考 模 型 高 度 比 2D/2D 在 不 同 雷 諾 數 下，在 間 距（ S）為 0.5D、1D 及 2D 實 驗 結 果 如 圖 4-22 至 圖 4-24 所 示 ， 由 圖 上 可 以 觀 察 出 目 標 模 型 頂 部 高 壓 力 區 域 在 靠 近 迎 風 面 ， 下 游 為 一 個 低 壓 區 域 ， 由 這 9 個 結 果 可 以 發 現 在 參 考 模 型 與 目 標 模 型 在 相 同 間 隙 時 ， 雷 諾 數 效 應 影 響 不 太 明 顯 ， 如 果 是 相 同 間 隙 不 同
雷 諾 數 情 況 下 ， 都 是 迎 風 區 域 壓 力 分 佈 較 高 ， 下 游 為 低 壓 區 域 。
(a)Re=0.9*104 (b)Re=1.3*105 (C) Re=
1.8*105
圖 4-22 頂部平均壓力實驗結果(Hr/Ho=2D/2D，S=0.5D)
(a)Re=9*104 (b)Re=1.3*105 (C)
Re=1.8*105
圖 4-23 頂部平均壓力實驗結果(Hr/Ho=2D/2D，S=1D)
(a)Re=0.9*104 (b)Re=1.3*105 (C)
Re=1.8*105
圖 4-24 頂部平均壓力實驗結果(Hr/Ho=2D/2D，S=2D)
參 考 模 型 與 目 標 模 型 高 度 比 4D/2D 在 不 同 雷 諾 數 下 ， 在 間 距
（ S） 為 0.5D、 1D 及 2D 實 驗 結 果 如 圖 4-25 至 圖 4-27 所 示 。 在 間 隙 比 較 小 的 時 候 (S=0.5D，圖 4-25)，高 壓 力 分 布 區 集 中 在 中 間 位 置，
低 壓 區 域 在 下 游 靠 近 頂 部 邊 緣 。 當 增 加 間 隙 比 ， 高 壓 區 域 逐 漸 往 上 游 移 動 ， 在 間 隙 比 為 2D 時 ， 移 動 至 迎 風 面 銳 緣 處 。
(a)Re=9*104 (b)Re=1.3*105 (C)
Re=1.8*105
圖 4-25 頂部平均壓力實驗結果(Hr/Ho=4D/2D，S=0.5 D)
(a)Re=9*104 (b)Re=1.3*105 (C)
Re=1.8*105
圖 4-26 頂部平均壓力實驗結果(Hr/Ho=4D/2D，S=1D)
(a)Re=9*104 (b)Re=1.3*105 (C)
Re=1.8*105
圖 4-27 頂部平均壓力實驗結果(Hr/Ho=4D/2D，S=2D)
當 參 考 模 型 高 度 增 加 至 6D， 下 游 目 標 模 型 高 度 維 持 2D， 改 變 不 同 間 距 比 S=0.5D、 1D 及 2D， 雷 諾 數 由 9*104與 1.8*105， 實 驗 結 果 如 圖 4-28 至 4-30。 整 個 壓 力 分 佈 已 經 為 負 壓 分 佈 ， 其 原 因 是 流 體 流 經 過 一 較 高 的 參 考 模 型 ， 造 成 模 型 下 游 為 一 個 低 壓 尾 流 區 域 ， 目 標 模 型 頂 部 受 到 前 方 模 型 尾 流 區 域 影 響 成 為 負 壓 區 域 。 當 間 隙 比 較 小 的 時 候 (S=0.5D， 圖 4-28)， 高 壓 力 分 布 區 集 中 在 中 間 位 置 ， 低 壓 區 域 在 下 游 靠 近 頂 部 邊 緣 。 當 增 加 間 隙 比 ， 高 壓 區 域 逐 漸 往 上 游 移 動 ， 在 間 隙 比 為 2D 時 ， 移 動 至 迎 風 面 銳 緣 處 。
(a)Re=9*104 (b)Re=1.3*105 (C)
Re=1.8*105
圖 4-28 頂部平均壓力實驗結果(Hr/Ho=6D/2D，S=0.5D)
(a)Re=9*104 (b)Re=1.3*105 (C)
Re=1.8*105
圖 4-29 頂部平均壓力實驗結果(Hr/Ho=6D/2D，S=1D)
(a)Re=9*104 (b)Re=1.3*105 (C)
Re=1.8*105
圖 4-30 頂部平均壓力實驗結果(Hr/Ho=6D/2D，S=2D)
當 目 標 模 型 高 度 增 加 至 4D， 下 游 參 考 模 型 高 度 為 2D， 改 變 不 同 間 距 比 S=0.5D、1D 及 2D，雷 諾 數 由 9*104與 1.8*105，實 驗 結 果 如 圖 4-31 至 4-33。比 較 三 個 圖 結 果 可 以 發 現 目 標 模 型 頂 部 下 游 為 低 壓 區 域 ， 當 目 標 模 型 與 參 考 模 型 間 距 比 加 大 (S=1D 及 2D)時 ， 高 低 壓 區 域 分 布 區 是 很 接 近 ， 當 相 同 間 隙 比 增 加 其 雷 諾 數 ， 可 以 發 現 低 壓 區 域 往 下 游 的 邊 緣 端 靠 近 。
(a)Re=9*104 (b)Re=1.3*105 (C)
Re=1.8*105
圖 4-31 頂部平均壓力實驗結果(Hr/Ho=2D/4D，S=0.5D)
(a)Re=9*104 (b)Re=1.3*105 (C)
Re=1.8*105
圖 4-32 頂部平均壓力實驗結果(Hr/Ho=2D/4D，S=1D)
(a)Re=9*104 (b)Re=1.3*105 (C)
Re=1.8*105
圖 4-33 頂部平均壓力實驗結果(Hr/Ho=2D/4D，S=2D)
當 目 標 模 型 與 下 游 參 考 模 型 高 度 皆 為 4D ， 改 變 不 同 間 距 比 S=0.5D、1D 及 2D，雷 諾 數 由 9*104與 1.8*105，實 驗 結 果 如 圖 4-34 至 4-36。 兩 模 型 間 距 比 較 小 時 (S=0.5D)， 目 標 模 型 頂 部 下 游 為 壓 力 較 高 區 域 ， 並 隨 著 雷 諾 數 增 加 趨 勢 更 明 顯 (圖 4-34)， 當 目 標 模 型 與 參 考 模 型 間 距 比 加 大 (S=1D 及 2D)時 ， 高 壓 區 域 就 移 到 目 標 模 型 上 游，特 別 是 在 大 間 距 比 及 高 雷 諾 數 (圖 4-36(C))，高 壓 區 域 集 中 在 頂 部 迎 風 面 的 銳 緣 處 ， 間 隙 比 影 響 在 這 組 模 型 實 驗 結 果 影 響 較 雷 諾 數 效 應 大 。
(a)Re=9*104 (b)Re=1.3*105 (C)
Re=1.8*105
圖 4-34 頂部平均壓力實驗結果(Hr/Ho=4D/4D，S=0.5D)
(a)Re=9*104 (b)Re=1.3*105 (C)
Re=1.8*105
圖 4-35 頂部平均壓力實驗結果(Hr/Ho=4D/4D，S=1D)
(a)Re=9*104 (b)Re=1.3*105 (C)
Re=1.8*105
圖 4-36 頂部平均壓力實驗結果(Hr/Ho=4D/4D，S=2D)
目 標 模 型 為 4D， 前 方 參 考 模 型 高 度 增 加 至 6D， 兩 個 模 型 間 距 比 S=0.5D、 1D 及 2D， 雷 諾 數 由 9*104與 1.8*105， 實 驗 結 果 如 圖 4-37 至 4-39。 兩 模 型 間 距 比 較 小 時 (S=0.5D)， 目 標 模 型 頂 部 壓 力 較 高 區 域 距 離 迎 風 面 銳 緣 (圖 4-37)， 當 間 距 比 加 大 (S=1D 及 2D)時 ， 高 壓 區 域 集 中 在 頂 部 迎 風 面 的 銳 緣 處 。
(a)Re=9*104 (b)Re=1.3*105 (C)
Re=1.8*105
圖 4-37 頂部平均壓力實驗結果(Hr/Ho=6D/4D，S=0.5D)
(a)Re=9*104 (b)Re=1.3*105 (C)
Re=1.8*105
圖 4-38 頂部平均壓力實驗結果(Hr/Ho=6D/4D，S=1D)
(a)Re=9*104 (b)Re=1.3*105 (C)
Re=1.8*105
圖 4-39 頂部平均壓力實驗結果(Hr/Ho=6D/4D，S=2D)
目 標 模 型 高 度 成 為 6D， 參 考 模 型 高 度 為 2D， 兩 個 模 型 間 距 比 S=0.5D、1D 及 2D，雷 諾 數 由 9*104與 1.8*105，實 驗 結 果 如 圖 4-40 至 4-42。改 變 雷 諾 數 集 間 距 比，頂 部 壓 力 並 無 太 大 變 化，其 原 因 可 能 是 錢 方 參 考 模 型 與 目 標 模 型 高 度 差 距 較 大 。
(a)Re=9*104 (b)Re=1.3*105 (C)
Re=1.8*105
圖 4-40 頂部平均壓力實驗結果(Hr/Ho=2D/6D，S=0.5D)
(a)Re=9*104 (b)Re=1.3*105 (C)
Re=1.8*105
圖 4-41 頂部平均壓力實驗結果(Hr/Ho=2D/6D，S=1D)
(a)Re=9*104 (b)Re=1.3*105 (C)
Re=1.8*105
圖 4-42 頂部平均壓力實驗結果(Hr/Ho=2D/6D，S=2D)
貳 、 目 標 模 型 迎 風 面 壓 力 分 布
本 實 驗 將 進 行 目 標 模 型 迎 風 面 壓 力 分 布 量 測 ， 目 標 模 型 為 三 維 方 柱 ， 高 寬 比 分 別 為 2D、 4D 及 6D 三 種 形 式 ， 目 標 模 型 與 參 考 模 型 間 距 比 分 別 為 0.5D、1D 及 2D，將 使 用 壓 力 掃 描 閥 進 行 量 測，取 樣 速 率 與 取 樣 數 與 頂 部 壓 力 分 佈 實 驗 相 同 ， 實 驗 在 第 一 測 試 區 第 二 迴 轉 盤 進 行 。
當 目 標 模 型 高 度 為 2D 時 ， 參 考 模 型 高 度 為 2D ， 間 隙 比 由 S=0.5D， 模 型 前 方 不 設 置 阻 尼 塊 ， 在 該 位 置 處 空 風 洞 邊 界 層 厚 度 約 為 1D， 改 變 不 同 雷 諾 數 ， 實 驗 Cp 結 果 如 圖 4-43 至 圖 4-45 所 示 。 S=0.5D 時 當 雷 諾 數 增 大 時 壓 力 值 由 正 壓 轉 為 負 壓，高 壓 區 域 由 側 邊 移 動 到 中 間 區 域 。 間 距 比 增 加 時 (S=1D 與 2D)， 其 低 壓 區 域 都 位 於 迎 風 面 的 中 間 區 域 ， 雷 諾 數 效 應 不 大 。
(a)Re=9*104 (b)Re=1.3*105 (C)
Re=1.8*105
圖 4-43 迎風面平均壓力實驗結果(Hr/Ho=2D/2D，S=0.5D)
(a)Re=9*104 (b)Re=1.3*105 (C)
Re=1.8*105
圖 4-44 迎風面平均壓力實驗結果(Hr/Ho=2D/2D，S=1D)
a)Re=9*104 (b)Re=1.3*105 (C)
Re=1.8*105
圖 4-45 迎風面平均壓力實驗結果(Hr/Ho=2D/2D，S=2D)
當 參 考 模 型 高 度 增 加 為 6D 時，以 前 一 個 實 驗 相 同 雷 諾 數 及 間 隙 比 進 行 迎 風 面 的 壓 力 量 測，所 得 Cp 結 果 如 圖 4-46 至 4-48 所 示。在 比 較 小 的 間 隙 比 ， 無 論 在 高 雷 諾 數 或 低 雷 諾 數 ， 其 迎 風 面 壓 力 呈 現 負 壓 力，當 間 隙 比 增 大 至 2D 時，有 部 分 的 高 壓 區 域 已 轉 為 正 壓 力 ， 其 原 因 應 該 是 逐 漸 脫 離 參 考 圓 柱 的 尾 流 負 壓 區 域 。
(a)Re=9*104 (b)Re=1.3*105 (C)
Re=1.8*105
圖 4-46 迎風面平均壓力實驗結果(Hr/Ho=6D/2D，S=0.5D)
(a)Re=9*104 (b)Re=1.3*105 (C)
Re=1.8*105
圖 4-47 迎風面平均壓力實驗結果(Hr/Ho=6D/2D，S=1D)
(a)Re=9*104 (b)Re=1.3*105 (C)
Re=1.8*105
圖 4-48 迎風面平均壓力實驗結果(Hr/Ho=6D/2D，S=2D)
接 下 來 將 改 變 來 流 的 流 況 ， 使 用 的 是 都 市 地 況 ( 地 況 A ， α
=0.32)，邊 界 層 厚 度 為 9.3D，目 標 模 型 高 度 為 2D，參 考 模 型 高 度 為 2D， 實 驗 雷 諾 數 範 圍 6*104~1.6*105， 參 考 模 型 與 目 標 模 型 間 隙 為 0.5D、 1D 與 2D， Cp 結 果 如 圖 4-49 至 4-51 所 示 。 由 圖 上 可 以 觀 察 出，迎 風 面 中 間 區 域 是 ㄧ 個 較 低 壓 的 區 域 Cp 都 接 近 0，除 了 較 低 的 雷 諾 數 下 Cp 值 略 有 不 同 ， 在 高 雷 諾 數 下 不 同 間 距 比 結 果 都 相 當 接 近 。
(a)Re=6*104 (b)Re=1.1*105 (C)
Re=1.6*105
圖 4-49 都市地況迎風面壓力係數 (Hr/Ho=2D/2D，S=0.5D)
(a)Re=6*104 (b)Re=1.1*105 (C)
Re=1.6*105
圖 4-50 都市地況迎風面壓力係數結果(Hr/Ho=2D/2D，S=1D)
(a)Re=6*104 (b)Re=1.1*105 (C)
Re=1.6*105
圖 4-51 都市地況迎風面壓力係數結果(Hr/Ho=2D/2D，S=2D)
當 目 標 模 型 高 度 增 加 為 4D 時 ， 參 考 模 型 高 度 為 2D， 來 流 是 地 況 A 的 情 形，實 驗 雷 諾 數 由 6*104至 1.6*105，參 考 模 型 與 目 標 模 型 間 隙 為 0.5D、1D 與 2D，Cp 結 果 如 圖 4-52 至 4-54 所 示。由 圖 上 可 看 出 中 間 區 域 為 低 壓 區 域，當 間 隙 比 為 0.5D 時 其 結 果 相 當 接 近；在 大 的 間 隙 比 時 ， 基 本 上 趨 勢 是 接 近 的 ， 但 是 因 雷 諾 數 不 同 而 Cp 會 改 變 ， 高 低 壓 分 佈 區 塊 很 接 近 。
(a)Re=6*104 (b)Re=1.1*105 (C)
Re=1.6*105
圖 4-52 都市地況迎風面壓力係數 (Hr/Ho=6D/2D，S=0.5D)
(a)Re=6*104 (b)Re=1.1*105 (C)
Re=1.6*105
圖 4-53 都市地況迎風面壓力係數結果(Hr/Ho=6D/2D，S=1D)
(a)Re=6*104 (b)Re=1.1*105 (C)
Re=1.6*105