第一章 緒 論
第二節 研究方法與流程
(4) 建 立 數 值 分 析 風 場 通 透 樹 木 之 風 場 模 擬 能 力 。
第 二 節 研 究 方 法 與 流 程
壹 、 研 究 方 法
本 研 究 之 工 作 包 括 風 洞 模 型 試 驗 、 模 式 建 立 及 數 值 模 擬 等 3 階 段 ， 茲 將 各 階 段 內 容 分 述 如 後 ：
(1) 試 驗 設 定 a .
來 流 風 況 ：
本 實 驗 之 於 本 所 風 洞 實 驗 室 第 一 測 試 段 前 方 進 行，該 測 區 之 中 心 紊 流 擾 動 量 小 於 0.3 ％ ， 邊 界 層 厚 度 小 於 3 cm， 中 間 高 度 區 域 來 流 近 似 均 勻 分 布，平 均 風 速 與 紊 流 擾 動 於 橫 向 與 縱 向 呈 現 相 當 高 之 穩 定 度 ， 試 驗 風 速 (U0)為 15 m/s。 於 入 口 處 架 設 皮 托 管 作 為 試 驗 參 考 ， 探 針 安 裝 於 移 動 機 構 上。模 型 樹 叢 架 設 高 度 約 在 風 洞 中 央，以 避 免 風 洞 邊 壁 造 成 之 影 響 。
b . 樹 叢 模 型
樹 叢 模 型 上 方 枝 葉 部 長 方 體 採 用 2 種 厚 度 比 (b/D=1、0.5)，其 厚 度 (b)×寬 度 (D)×長 度 (L)分 別 為 28 cm × 28 cm × 41 cm 以 及 14 cm × 28 cm × 41 cm， 中 間 樹 枝 條 為 交 錯 均 勻 分 布 。 2 種 模 型 均 採 用 3 種 疏 密 度 (
0＝ 0.5 %、 0.75 %、 1 %)， 疏 密 度 定 義 枝 葉 體 積 與 模 型 整 體 體 積 之 比 。c . 量 測 位 置
為 求 取 樹 叢 區 域 之 通 透 模 式 的 阻 力 係 數，本 次 試 驗 規 劃 4 個 位 置 的 風 速 剖 面 進 行 量 測，分 別 為 x/D=0.07(緊 鄰 樹 後 約 2cm)、x/D=0.5、
x/D=1、 x/D=2。 但 在 初 步 試 驗 中 發 現 ， 在 緊 鄰 樹 叢 模 型 下 游 位 置 處 (x/D=0.07、1、2)，其 風 速 受 到 流 場 擾 動 影 響，局 部 低 風 速 位 置 由 於 高 遮 蔽 的 關 係，有 微 小 渦 流 出 現，進 而 產 生 負 速 度，造 成 量 測 上 之 誤 差。因 此 增 加 量 測 x/D=4、6、8、10 等 4 個 位 置 之 風 速 剖 面。量 測 之 垂 直 向 座 標 (z)以 樹 叢 中 心 點 為 起 始 點 (z=0)， 量 取 z=±90 cm 處 的 風
第一章 緒 論
速 資 料 共 27 點 ， 在 可 能 發 生 剪 力 層 位 置 採 用 較 密 之 點 位 分 布 ， 遠 離 樹 叢 區 域 則 採 用 較 疏 之 點 位 分 布 。
本 研 究 使 用 裂 膜 探 針 量 測 順 風 向 (u)及 垂 直 向 (w)風 速 之 時 序 列 資 料 ， 取 樣 時 間 為 1 分 鐘 ， 取 樣 頻 率 為 1 kHz， 無 因 次 化 之 參 考 風 速 (U0)則 選 用 z=90 cm 處 平 均 風 速 。
(2) 數 值 模 式 建 立
擬 利 用 風 洞 試 驗 結 果，結 合 前 人 研 究 所 發 展 之 公 式，反 向 率 定 出 與 孔 隙 率、厚 度 等 控 制 變 因 相 關 之 阻 力 係 數 公 式。本 研 流 場 之 模 擬 係 採 用 微 可 壓 縮 流 (Weakly-Compressible-Flow Method， WCF)的 動 力 計 算 方 法，配 合 次 網 格 紊 流 模 型 解 析 非 恆 定 流 場 結 果。在 解 析 樹 木 區 域 之 流 場 時，於 動 量 方 程 式 等 號 右 邊 加 入 源 項 (Source Term)，即 風 場 作 用 於 樹 木 區 控 制 體 積 (Control Volume)之 阻 力 係 數，以 模 擬 流 體 通 過 後 之 風 場 特 性 。
(3) 研 究 步 驟 a .
風 洞 模 型 試 驗
○1 試 驗 設 施 規 劃 與 設 計 。
○2 模 型 與 試 驗 模 型 製 作 。 b . 模 式 建 立
○1 試 驗 數 據 分 析 。
○2 樹 木 通 透 模 式 建 立 。
○3 數 值 模 式 引 入 分 析 並 與 風 洞 試 驗 比 對 修 正 。 c . 數 值 模 擬
○1 數 值 模 式 發 展 。
○2 模 式 測 試 。
○3 數 值 計 算 結 果 比 對 與 驗 證 。
○4 資 料 整 合 分 析 。 貳 、 研 究 流 程
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值 計 算 中 ， 逐 步 建 立 方 場 通 透 樹 木 模 式 ， 並 以 風 洞 試 驗 結 果 交 互 驗 證。於 此 將 研 究 流 程 分 為 3 個 階 段，計 有 4 個 工 作 項 目，工 作 流 程如 圖 1-1所 示 ， 各 工 作 項 目 內 容 茲 分 述 如 後 ：
(1) 資 料 蒐 集：蒐 集 國 內 外 有 關 風 場 中 森 林、樹 林 及 樹 木 等 研 究 文 獻 ， 包 含 實 場 量 測 、 風 洞 試 驗 及 數 值 模 擬 等 資 料 。
(2) 模 式 初 建 ： 針 對 簡 化 外 形 及 均 勻 樹 葉 分 布 之 樹 木 進 行 風 洞 試 驗 ， 將 樹 木 視 為 均 勻 分 布 之 孔 隙 介 質 ， 藉 由 風 洞 試 驗 量 測 ， 建 立 流 場 通 透 模 式 ， 並 比 對 探 討 數 值 模 式 之 下 游 流 場 變 化 。
(3) 增 加 模 式 個 案 ： 針 對 不 同 造 型 、 樹 種 之 樹 木 進 行 風 洞 試 驗 及 數 值 模 擬 ， 建 立 風 場 通 透 樹 木 模 式 ， 並 尋 求 其 關 聯 性 。
(4) 風 洞 試 驗 ： 求 取 樹 叢 區 域 之 通 透 模 式 的 阻 力 係 數 ， 試 驗 規 劃 4 個 位 置 的 風 速 剖 面 進 行 量 測 ， 探 討 樹 叢 對 下 游 風 場 之 影 響 ， 並 對 數 值 模 式 結 果 予 以 驗 證 。
第一章 緒 論