研究區模擬結果

研究區模擬部分，本研究於風洞實驗中設置了28 個測點(如圖 3-9)，

進行16 個風向角的量測。研究中首先比較平坦地形之結果，確認數值模 式及分析流程後，接著討論加入 DSM 數值地形模型後對行人風環境之 影響。

一、模擬概要

研究區模擬圓盤與實驗布置相同，網格製作方式如 3.4 節所述，建 築模型以CAD 資料製作成圓盤區域網格，再向外擴展計算域，以確保計 算合理收斂。計算域範圍如圖4-32 所示，入流至圓盤距離為 9 倍外圍最 高建築高度(10H；H=99 m)，兩側為 9H，下游為 20 倍主建築物高度(20h；

h=141 m)，垂直向高度則為 7h。入流依據風洞實驗量測結果(3.3 節)寫入 UDF 給定，計算域邊界條件設定如表 4-5 所示。模擬所劃分之網格數量 為800 萬，在使用 Intel core I7 4790 3.6 GHz 的個人電腦運算下，約需 7-9 小時的時間才能達到收斂標準，疊代次數約在 2700-3200 之間。

研究區的模擬參數如標4-6 所示。基本上，平坦地形與加入 DSM 的 扁模型的設定是相同的，對流項選用二階上風法(Second upwind scheme)，

最大格網尺寸約 20m，地面附近約 1 m，地面、建築物表面使用角柱元 素分割為0.5 m。

由於研究區加入地表高程時，圓盤區地表面與計算域外圍高程(z=0) 並不連續，研究區地形邊緣最高約7 公尺，需要在交界處做額外處理。

研究區中心980 公尺見方的區域地形建置完成後，如圖 4-33，再延伸 60 公尺的區域做過渡段處理，以免地形或格網變形過於劇烈造成不合理的 速度變化、發散或不收斂的情況。經相關研究討論，過渡段坡度應小於 20 度，於此過渡段坡度為 7 度以下，屬於和緩之坡度。

表4-5 研究區模擬邊界條件表 建築物表面邊界條件 Standard wall function 紊流模型 realizable k- model

對流項 Second upwind scheme 壓力解法 SIMPLEC

Intel core I7 4790 3.6 GHz*4 cores

網格解析度

圖4-32 計算區域示意圖 資料來源：本研究繪製

圖4-33 DSM 表面平滑化示意圖 資料來源：本研究繪製

N

最高建築高

u(z)

7h

h

20 00m

480 m

60 m

二、風洞實驗結果比較

圖 4-34 表示平坦地形下(不考慮 DSM 效應)各風向下無因次平均風 速比較結果。結果發現，雖然本區域高樓林立，但無因次風速並未有超 過1 的狀況，顯見該區域對於行人風環境效應有所關注。整體看來，CFD 模擬結果與風洞實驗結果趨勢相當一致，只是略有低估的現象。表4-5 顯 示各風向之標準誤差與相關性係數，可以看出 NE 風向的結果與實驗值 最為接近，標準誤差為0.092。而標準誤差最大則發生在 SE 風向，其值 為 0.171。由實驗與 CFD 結果相關分析(圖 4-35)可以發現，確實有低估 的狀況，所有測點的平均風速比為97 %，平均標準誤差則為 0.137。

另由相關性係數結果(圖 4-36、表 4-7)可以得知，各風向的相關性大多 落在高度線性相關(R

xy

xy

0.58)，而整體平均相關係數為 0.81，顯示模擬結果高度線性相關於實驗值。

二、加入DEM 模擬結果

在考慮地形效應下，加入高精度數值地形模型DSM 之表面網格後，

各測點的變化並不顯著。與加入 DSM 表面的模擬結果相比，由圖 4-37 可以觀察出，雖然選定的研究區屬於平坦地形，雖然加入實際 DSM 表 面後的無因次平均風速變化並不顯著，其平均差異值為19 %。但整體來 看，加入地形表面後，大部分測點的無因次平均風速有明顯提升，其平 均風速比為 111 %，風速平均提升了一成左右。因此，未來在進行風環 境模擬時，應適當考慮地形因素以符合現況，合理考量地形的影響。

表4-7 研究區各風向標準誤差與相關性係數 編號 風向 標準誤差 相關性係數

1 N 0.1712 0.7551 2 NNE 0.118 0.92 3 NE 0.0924 0.8475 4 ENE 0.14 0.8037 5 E 0.1282 0.7695 6 ESE 0.1472 0.8631 7 SE 0.1715 0.7003 8 SSE 0.129 0.8387 9 S 0.1439 0.6874 10 SSW 0.1309 0.5843 11 SW 0.1127 0.8822 12 WSW 0.1207 0.8861 13 W 0.137 0.8787 14 WNW 0.1456 0.82 15 NW 0.1317 0.8257 16 NNW 0.171 0.8606 資料來源：本研究繪製

圖4-34 研究區之不同風向無因次風速比較圖 資料來源：本研究繪製

圖4-35 研究區各測點平均風速相關性分布圖 資料來源：本研究繪製

圖4-36 各風向平均風速相關性係數圖 資料來源：本研究繪製

圖4-37 研究區加入 DSM 後各測點平均風速相關性分布圖 資料來源：本研究繪製