第一章 緒 論
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 ：
第一章 緒 論
本 研 究 先 將 樹 體 做 縮 尺 模 型 進 行 風 洞 試 驗，並 先 將 形 狀 複 雜 之 樹 冠 模 型 簡 化 為 矩 形 ， 針 對 矩 形 針 葉 樹 體 後 方 二 維 流 場 特 性 隨 其 厚 度 與 疏 密 度 變 化 做 為 分 析 重 點 。 待 實 驗 數 據 與 數 值 結 果 率 定 完 成 後 ， 再 加 入 形 狀 變 化 因 子 ， 以 幾 何 形 狀 類 似 真 實 樹 木 之 三 角 形 針 葉 樹 模 型 進 行 風 洞 試 驗 ， 觀 測 其 各 層 厚 度 變 化 與 率 定 結 果 在 數 值 模 擬 上 之 適 用 性 。 最 後 以 單 株 針 葉 樹 之 縮 尺 模 型 進 行 風 洞 試 驗 ， 並 量 測 其 後 方 流 場 三 維 剖 面 。
矩 形 樹 冠 實 驗 針 對 3 種 疏 密 度 以 及 5 種 厚 度 之 模 型，而 三 角 形 樹 冠 則 採 用 2 種 高 度 比，以 中 心 線 速 度 剖 面 量 測 為 主，沿 著 順 風 向 (x) 量 取 風 速 剖 面 ， 包 含 順 風 向 (u)及 垂 直 向 (w)風 速 隨 時 間 之 變 化 。 垂 直 向 座 標 (z)以 樹 叢 中 心 點 為 起 始 點 (z/D=0)，量 取 z=±90 cm (±3.2D) 處 的 風 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 ， 於 遠 離 樹 叢 區 域 則 採 用 較 疏 之 點 位 分 布 進 行 量 測 。 單 株 針 葉 樹 之 模 型 試 驗 則 量 測 4D 及 6D 之 y-z 平 面 之 速 度 分 布，包 含 順 風 向 (u)、
橫 風 向 (v)以 及 垂 直 向 (w)風 速 隨 時 間 之 變 化 。 非 恆 定 之 風 速 量 測 使 用 裂 膜 探 針 擷 取 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 冠 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 程本 研 究 利 用 風 洞 實 驗 結 果 分 析，將 建 立 樹 木 風 場 通 透 模 式 引 入 數 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 單 株 樹 進 行 風 洞 試 驗 及 數 值 模 擬 ， 建 立 風 場 通 透 單 株 樹 之 模 式 ， 並 尋 求 其 關 聯 性 。
第一章 緒 論
位 置 的 風 速 剖 面 進 行 量 測 ， 探 討 樹 冠 對 下 游 風 場 之 影 響 ， 並 對 數 值 模 式 結 果 予 以 驗 證 。
(5) 單 株 樹 對 建 築 鄰 近 風 場 之 影 響 ： 設 計 典 型 之 建 築 環 境 風 場 個 案 ， 探 討 植 栽 排 列 對 風 場 之 影 響 ， 並 進 一 步 研 究 樹 木 對 建 築 表 面 風 壓 之 遮 蔽 效 果 。
圖 1-1 研究規劃流程圖
第一章 緒 論