相關研究

第二章文獻回顧

第一節相關研究

風洞依照其送風方式可以分為吹送式及吸入式兩種，而本所風洞設計之初即規劃為兩用式可滿足不同試驗需求。本所風洞在驗收時有針對相關風場性能進行量測驗證是否合於標準，所得結果於所內92 年所內研究報告中有相關資料呈現。

目前國內外著名風洞會對外宣告其測試區尺寸、風速範圍及紊流強度等項目，本研究將其規格作一表格化(如表 2-1 所示)整理以利比較，由表上可以知道所內風洞相較於其他大型風洞其測試區或測試風速範圍都是相當優越，目前欠缺為性能之認證，本研究便以此為出發點將進行相關TAF 認證規劃。

表 2-1 國內外低速風洞設備整理

Colorado State University,USA

第二章文獻回顧 University of

Western

Meteorological Wind Tunnel, Environmental Protection

Agency, EPA, U.S. 2.13.718.3 1.5~8 0.5 邊界層可達2m Industrial Aerodynamics WT,

Department of Engineering Science, Oxford University

4×2×14 0~30 < 0.6 建築及工業用途

New Boundary Layer WT, Danish Maritime Institute,

Denmark 2.6×1.8×20.8 0~26 < 0.5 NUS-HDB WT, Nation

University of Singapore 2.851.8~2.319 0~15 < 1.0 模擬大氣邊界層

上海同濟大學土

表 2-1 國內外低速風洞設備整理(續) Boundary Wind Tunnel,

Building Research Establishment, Gt.

Britain

218 0~20 0.6 建築物空氣動力學

New large WT, Politecnico di Milano, University, Milan, Italy

[15]

13.8×3.8×30 0~15 < 2 氣動力分析

4×3.8×5 0~50 < 0.2 風工程研究 (資料來源:本研究整理)

第二章文獻回顧

 

橫向流動角度變化spanwise variation of flow angle

dM  

d x l

馬赫數梯度 Mach gradient '

nF n

干擾頻率含量 disturbance frequency content

T



T

D 露點溫度餘度 dew point temperature margin

p

密度擾動以及

p

'的空間相關性

Density fluctuation and integral spatial correlation of

p

w

:向上流速度分量、

U

_:自由流速度、

c

:翼弦長、

x

:流動方向座標、

l

:平均自由徑、

u '

:速度擾動分量、

p

:靜壓擾動量的方均根值、

q

_:自由流動壓、

n

:縮減頻率 (資料來源:本研究整理)

TAF 認證是一個國家級實驗室永續經營重要的環節，並建立實驗室儀器設備相關校正記錄、標訂作業程序及人員訓練等相關項目，其中試驗數據誤差分析可因為長時間不間斷紀錄，藉以掌握實驗室試驗設備目前狀況，可以維持實驗室一定水準試驗準確性及客戶對實驗室之信賴，

以下就量測不確定度及項目規劃進行說明：

（1）量測不確定度

試驗在分析數據上都會考量不確定度因素，是因為量測結果經常不是一個固定的數據，也就是說量測的數據會有一定程度的變化量（有時候會增加，有時候也會減少)，如果經過長期性的量測就可以發現有這些變化量的存在，因此我們將量測數據區分為兩種分量來表示：量測數據 =基準量

＋變化量。量測不確定度是表示不能確定的程度，如果量測數據沒有含不確定度時，則該數據就不能夠充分表達它的真實性，所以在國際上各個國家的量測標準實驗室之校正或檢測報告，都應具有量測不確定度值才能符合科學與工商業界的要求。

在1980年國際度量衡局（BIPM)召集了國際上各個國家的量測標準實驗室之專家，共同研討提出一種評估量測不確定度的建議大綱，1981年10 月國際度量衡委員會( CIPM )正式採用。

傳統方式的量測不確定度評估是將量測不確定度的成份區分為隨機不確定度（random uncertainty ，簡稱 Ur) 和系統不確定度（ system uncertainty，簡稱 Us），

然後再以適當的方式加以合併而得到量測系統的總不確定度。

第二章文獻回顧

第三節有限高圓柱之尾流分析

Cheol-Woo [31] 等人以熱線測速儀量測有限高圓柱之尾流速度，以及利用流場可視化描繪出圓柱尾流的狀態。實驗的規格與細節如表 2-3 所示。

表 2-3 熱線測速儀量測實驗規格

風洞測試段尺寸 (m)

長 6

寬 0.72 高 0.6 自由流速度 (m/s) 10

自由流紊流強度 (%) < 0.08 邊界層厚度 (mm) 4.1

圓柱直徑 (mm) 30

雷諾數 20000

展弦比 5、6、10、13、17.3(2D) (資料來源: 本研究整理)

由2-2 及 2-3 可看到有限高圓柱尾流支流場可視化結果。而由圖三可看到紊流強度隨著下游距離變化也會和展弦比有關。

圖 2-2 尾流流場可視化之側視圖。

展弦比為5。

(資料來源: Cheol-Woo [31])

圖 2-3 尾流流場可視化之後視圖。

左邊流場截面位於圓柱後方X/D=0，右邊流場截面位於圓柱後方 X/D=0.6。

(資料來源: Cheol-Woo [31])

第二章文獻回顧

圖 2-4 紊流強度隨下游距離變化示意圖。

量測高度為Z/L=0.5。

(資料來源: Cheol-Woo [31])

另外Cheol-Woo [32] 等人在不同邊界層厚度下以同一模型進行尾流紊流強度量測以及流場可視化實驗，邊界層速度剖面圖則以大氣邊界層指數律作為指標：

 

U z z

U h

    

其中

U

₀是自由流速度，

h

為圓柱高度。實驗中則使用兩種不同的n，

以n=0.14 來模擬平原上方的大氣邊界層，n=0.22 則模擬郊區上方的大氣邊界層。圖2-5 顯示這次實驗所使用的自由流速度剖面圖及紊流強度剖面圖情況。

圖 2-5 左邊為不同狀況下的自由流速度剖面圖，右邊為不同狀況下的紊流強度剖面圖。

(資料來源: Cheol-Woo [32])

由圖2-6 可以看到在兩種不同的情況下，圓柱尾流流場可視化的側視圖。圖六則為在n=0.14 之大氣邊界層下從不同下游距離處觀察圓柱尾流流場可視化。圖 2-7 則為在 n=0.14 之大氣邊界層下不同高度流場可視化的俯視圖。由圖 2-8 可以看到不同情況下的速度剖面圖和紊流強度剖面圖，圖2-9 則為不同情況下紊流強度分布的示意圖。

第二章文獻回顧

圖 2-6 有限高圓柱的尾流流場可視化側視圖。

展弦比為6，Y/D=0。

(資料來源: Cheol-Woo [32])

圖 2-7 有限高圓柱不同下游距離的尾流流場可視化之後視圖。

n=0.14

(資料來源: Cheol-Woo [32])

圖 2-8 有限高圓柱在不同高度的流場可視化俯視圖。

n=0.14

(資料來源: Cheol-Woo [32])

圖 2-9 在不同情況下，下游距離 X/D=5 時的速度剖面圖及紊流強度剖面圖。

量測截面高度Z/D=0.5。

(資料來源: Cheol-Woo [32])

第二章文獻回顧

圖 2-10 不同情況下的紊流強度分布圖。

量測截面高度Z/D=0.5。

(資料來源: Cheol-Woo [32])

M. S. Adaramola [33] 等人以二維熱膜測速儀量測有限高圓柱之尾流速度，以及尾流的紊流強度分布。實驗的規格與細節如表2-4 所示。

表 2-4 二維熱膜測速儀量測實驗規格

風洞測試段尺寸 (m)

長 1.96

寬 1.13

高 0.91

自由流速度 (m/s) 30

自由流紊流強度 (%) < 0.5

邊界層厚度 (mm) 94.5

圓柱直徑 (mm) 31.5

雷諾數 60000

展弦比 3、5、7、9

(資料來源: 本研究整理)

圖 2-11、2-12 呈現不同展弦比情況下尾流的流線、垂直方向速度輪廓圖，圖 2-13、2-14 則呈現不同展弦比情況下尾流的流線、垂直方向紊流強度的輪廓圖。圖2-15 則為位於不同下游截面，不同展弦比情況下的紊流強度、雷諾應力分布圖。