通風模式

Fluid Dynamics, CFD)。其優點為可以計算出流場的細部變化，但缺點為模式複雜，

且計算量大(Awbi, 2003)。全域模式的計算結果會受到模式的設定（譬如模式參數、

= 1.0 皆是經由模式計算結果與實驗數據比對而得。三維流場中此模式有 7 個控制方 程式，利用數值方法可求得7 個未知數(3 個流速U_i，壓力P，k，，_T)。





k 模式雖可用於計算非均質性紊流，但不適用於非等向性紊流。譬如十分靠 近邊壁處，垂直於邊壁之紊流速度受到抑制而變小，水平向的紊流速度則不受影響，

屬於非等向性紊流。故在計算邊界層流時，邊壁處需使用邊牆函數(Wall function)。





k 模式的缺點為：此模式假設動能消散率與大尺度渦流有關，而與最小渦流無 關，但這假設與紊流能量消散的理論並不相符。

除了k模式之外，計算紊流流場的數值模式還包括大渦模式(Large Eddy Simulation, LES)、雷諾剪應力模式(Reynolds Average Navier-Stokes, RANS)、紊流黏 滯係數模式(Eddy viscosity model)等，這些紊流模式都較k模式更複雜，計算時間 更長，需要更多的計算資源（電腦容量、記憶空間）。但因為數值模擬所需經費較實 驗低，因此廣泛應用於各種風場問題。此種應用計算流體動力學於風工程的方式又 稱 為 計 算 風 工 程(Computational Wind Engineering) 或 數 值 風 洞 (Numerical Wind Tunnel)，關於紊流模式的細節可參見朱佳仁 (2006)。

此外，使用紊流模式計算室內風場必須注意：室內風場的雷諾數 Re 約為 1000~10,000，是介於層流(Laminar flow)和弱紊流流場(Weak turbulent flow)之間，計 算此類的流場必須採用很細的計算格網(Computational mesh)，方能得到正確的計算 結果。且建築物開口處往往有紗窗、百葉窗等，計算模式若不能模擬其阻滯氣流的 效應，則計算結果將無法應用於實際的室內風場。

圖 2.2 紊流模式的流程圖 資料來源：本研究整理

2. 多區間模式(Multizone model)：

將室內空間依照其房間的隔間分為數個區塊(Zone)，將單一區塊當成一個完全 混合(Fully mixed)的控制容積。流經門窗等開口的通風量可利用孔口方程式(Orifice equation)來計算：

d

Q C A   2 P

 (2-9)

式中A 為開口面積，P = P1 - Pi為室外和室內壓力的差值，為空氣密度，Cd為流量 係數(Discharge coefficient)。此式是依據流體力學的伯努利方程式(Bernoulli equation) 推導而得，但流量係數Cd與開口的幾何形狀、風速、風向有關(Chu et al., 2009)。

模式假設

控制方程式

數值方法

計算結果

初始條件 邊界條件

預測流況 驗證模式

流場可視化 No

Yes 修正

依據質量不滅定律定理，區塊之內某物質濃度的變化必定是因為該物質流入（或 流出）區塊或是因為該物質發生反應所造成的。同樣地，依據能量守恆定理，區塊 之內溫度變化必定是因為有熱量流入或流出或是因為有熱源所造成的。因此計算在 一段時間t之內，流入和流出區塊的物質總量和熱量總量便可得區塊內物質濃度和 溫度的變化。此種模式又稱為網路模式(Network model)，譬如 CONTAM、COMIS、

MMPN、POMA 模式(Feustel, 1999; Dascalaki et al., 1999; Ren and Stewart, 2003;

Haghighat et al., 2001)。其優點為計算簡單，但缺點為無法得知各個區塊之內的風場 和濃度、溫度的分佈。