試驗設備

內 政 部 建 築 研 究 所 風 洞 實 驗 室 風 洞 本 體 為 一 垂 直 向 的 封 閉 迴 路 系 統，總 長 度 為 77.9m，最大寬度為 9.12m，最大高度為 15.9m，為 東 南 亞 目 前 最 大 之 建 築 風 洞 實 驗 室 。

整 個 風 洞 本 體 具 有 兩 個 測 試 區 段 ， 第 一 測 試 區 中 配 置 有 2 個旋 轉 盤，第 一 座 旋 轉 盤 直 徑 1m，安置於距測試區入口處 3m 處，從事 一 般 流 體 力 學 研 究 ； 第 二 座 旋 轉 盤 直 徑 2.6 m，置於可移動式軌道 上， 定 位 於 距 測 試 區 入 口 端 約 25.5m 或 31.5m 處，並以機械控制使 其 做 旋 轉 及 上 下 運 動 ， 以 進 行 建 築 物 受 風 力 作 用 的 空 氣 動 力 學 研 究 及 污 染 擴 散 試 驗 為 主 。 第 二 測 試 區 則 配 置 一 座 旋 轉 盤 ， 位 於 風 洞 本 體 整 流 段 出 口 15m 處，轉盤直徑為 2.6 m，主要用途以橋梁測試為 主 。

環 境 風 場 試 驗 於 本 實 驗 室 第 一 測 試 段 之 第 二 旋 轉 盤 進 行 ， 本 測 試 段 長 36.5 公尺、寬 4 公尺、高 2.6 公尺，最 大風 速為 30 公尺/秒 。 風 洞 頂 部 為 可 調 式 上 蓋 板 ， 以 維 持 測 試 段 壓 力 梯 度 為 零 ， 並 將 阻 塞 比 降 到 最 低 。 實 驗 室 相 應 性 能 參 數 與 配 置 圖 如 圖 4-1 所示。

一 、 循 環 式 風 洞 性 能 (一 )、 風 洞 尺 寸

測 試 段 長 度 36.5 m

測 試 段 寬 度 4 m

收 縮 比 4.7:1

(二 )、 驅 動 系 統

總 功 率 500 kW 風 扇 型 式 直 接 傳 動 軸 流 式 風 扇 風 速 控 制 變 頻 器 控 制 馬 達 轉 速 (三 )、 風 速

最 高 風 速 30 m/s

邊 界 層 厚 度 最 高 200 cm 紊 流 強 度 測 試 區 處 約 2 %

(四 )、 順 風 向 壓 力 梯 度 零 梯 度 由 可 調 式 上 蓋 板 調 整

圖 4-1 建 研 所 循 環 式 大 氣 邊 界 層 風 洞 性 能 資 料 來 源 ： 【 本 研 究 整 理 】

一 、 風 速 量 測 設 備

(一 )、 皮 托 管

本 研 究 採 用 皮 托 管 進 行 來 流 平 均 風 速 之 量 測 ， 由 皮 托 管 所 量 測 到 的 壓 力 差 值，利 用 伯 努 利 方 程 式(Bernoulli equation)，即依據後式 計 算 出 相 應 之 風 速 。

(二 )、 熱 線 測 速 儀

來 流 風 速 剖 面 量 測 採 用 Dantec 公司生產之熱線(hot-wire)測速 儀 進 行 。 所 謂 熱 線 測 速 儀 是 利 用 電 流 通 過 金 屬 導 線 時 會 使 導 線 溫 度 升 高 ， 而 當 流 體 流 經 金 屬 表 面 時 會 帶 走 部 分 熱 量 之 原 理 來 量 測 流 體 之 速 度 。 當 探 針(probe)所 在 位 置 之 電 阻 R 值 因 溫 度 之 改 變 而 改 變 時 ， 使 得 電 橋 失 去 平 衡 。 本 實 驗 室 所 有 之 恆 溫 式 流 速 儀 ， 利 用 補 償 電 路(compensating circuit)，因應流速之變動，對流經探測元之電流 做 瞬 間 之 改 變 來 維 持 探 測 元 之 操 作 溫 度 固 定 不 變(因 而 探 測 元 之 電

阻 亦 不 變)，使電橋保持平衡狀態。如此即可經由回饋電壓的變化來

得 知 所 要 量 測 流 場 中 流 速 之 變 化，有 關 熱 線 測 速 儀 量 測 原 理 如 圖4-2 所 示 。 實 驗 中 ， 將 測 速 儀 裝 設 於 可 垂 直 與 橫 向 移 動 的 移 動 機 構 ， 測 針 擺 設 位 置 均 以 電 腦 控 制 。

圖 4-2 熱 線 測 速 儀 量 測 原 理 示 意 圖 資 料 來 源 ： 【Dantec】

(三 )、 地 表 風 速 計

在 進 行 行 人 環 境 風 場 試 驗 時 ， 於 風 洞 實 驗 中 須 定 義 行 人 高 度 的 風 場 ， 在 風 速 的 量 測 上 ， 通 常 需 要 在 不 同 的 風 向 情 況 下 ， 量 測 許 多 接 近 地 表 、 不 同 位 置 的 測 點 。 由 於 邊 界 條 件 的 複 雜 ， 導 致 各 測 點 風 向 的 高 度 不 準 確 性 。 再 加 上 紊 流 強 度 高 ， 傳 統 之 量 測 工 具 如 皮 托 管 與 熱 流 速 儀 使 用 起 來 相 當 困 難 ， 其 誤 差 亦 大 。

本 案 之 行 人 高 度 風 速 量 測 採 用 Irwin[17]於 1981 年所發展出來 的 無 方 向 性 地 表 風 速 計 測 器 來 進 行 ， 其 原 理 是 利 用 管 與 管 中 之 細 管 (即 管 中 管，內 外 兩 管 共 一 中 心 軸，但 內 管 突 出 較 高)，詳 如 圖 4-3，

兩 者 間 之 壓 力 差 ， 參 照 預 先 率 定 之 結 果 ， 可 迅 速 、 正 確 地 量 測 到 行 人 高 度 上 之 水 平 方 向 風 速 。

(四 )、 壓 力 量 測

上 述 之 風 速 量 測 方 法 中 ， 亦 涉 及 壓 力 之 量 測 。 是 本 計 畫 採 用 多 頻 道 電 子 式 壓 力 掃 描 閥 （ 如 圖 4-4） ， 用 來 同 步 擷 取 作 用 於 結 構 表 面 各 點 的 瞬 時 風 壓 ， 經 過 適 當 的 處 理 便 可 得 到 結 構 系 統 所 受 之 平 均 風 力 、 擾 動 風 力 以 及 外 牆 所 受 之 局 部 風 壓 。

本 儀 器 為 SCANIVALVE 公司之產品，其元件包括：

1.壓 力 訊 號 處 理 系 統 (RADBASE3200)

(1) 最 多 可 支 援 8 組 類 比 訊 號 轉 換 成 數 位 訊 號 之 轉 換 器 (A/D MODULE)

(2) 最多可支援 8 組壓力感應模組，共 512 個壓力量測點。

(3) 其類比訊號轉換成數位訊號(A/D convert)解析度達 16bit。

(4) 最大採樣速率可達 500Hz (5) 採用 USB 介面傳輸。

(6) 具備網路控制與傳輸功能。

2.壓 力 感 應 器 模 組 特 性 ：

(1) 壓力感應範圍為±10in H2O (2). 誤差範圍為±0.2%

實 驗 中 將 各 個 風 壓 孔 之 壓 力 訊 號 經 PVC 管 傳 遞 至 壓 力 感 應 器 模 組 ， 其 量 得 之 訊 號 傳 至 壓 力 訊 號 處 理 系 統 計 算 後 所 得 壓 力 值 傳 回 電 腦

圖 4-3 Irwin probe 示 意 圖 資 料 來 源 ： 【17】

圖 4-4 多 頻 道 電 子 式 壓 力 掃 瞄 器 示 意 圖 資 料 來 源 ： 【 本 研 究 整 理 】

二 、 紊 流 流 場 格 柵 設 備

大 氣 因 受 高 層 建 築 物 阻 礙 而 形 成 之 行 人 風 場 為 紊 流 流 場 ， 故 本 案 進 行 實 際 人 體 受 風 感 受 試 驗 亦 須 於 風 洞 內 建 立 紊 流 流 場 ， 本 所 風 洞 實 驗 室 紊 流 流 場 之 建 立 係 於 出 風 口 處 排 列 直 向13 支橫向 8 支之格 柵，如 下 圖 4-5 及 4-6 所示，格柵木條寬 90 公分，間距中心到中心 為 30 公分，因此每一開口為 30 公分×30 公分之正方形。表 4-1 為 距 出 風 口 2.7m 處平面的紊流流場，其紊流強度平均約為 10％左右。

圖 4-7 則為該平面紊流強度等線圖，圖 4-8 為格柵下游之紊流強度

示 意 圖 ， 由 圖 顯 示 越 接 地 面 紊 流 強 度 越 強 。

圖 4-5 本 所 風 洞 實 室 試 格 柵 尺 寸 資 料 來 源 ： 【4】

圖 4-6 本 所 風 洞 實 驗 室 格 柵 圖 資 料 來 源 ： 【4】

表 4-1 風 洞 格 柵 產 生 流 場 之 紊 流 強 度 Y(m)

Z(m) -0.6 -0.3 0 0.3 0.6 1.5 9.57% 10.22% 10.75% 10.61% 10.06%

1.2 9.63% 10.15% 10.61% 10.44% 9.83%

0.9 10.14% 9.70% 9.75% 9.87% 9.29%

0.6 9.92% 9.79% 10.32% 10.23% 9.68%

0.3 10.62% 12.56% 12.70% 12.80% 11.14%

資 料 來 源 ： 【4】

圖 4-7 距 格 柵 2.7m 處 平 面 流 場 紊 流 強 度 示 意 圖 資 料 來 源 ： 【4】

圖 4-8 格 柵 網 格 下 游 紊 流 強 度 示 意 圖 資 料 來 源 ： 【4】