邊界條件

−

=

其中z⁺ =zu_*/ν；z 為網格中心至網格邊牆之距離；u*是剪力速度，C 為 待定之模式參數。

大渦流模擬可用於預測大部份工程問題中所遇到的流場，而且計算結 果較不受次網格模式之選取，使得其可信度及泛用性皆大幅提升。大渦流 模擬流體動力計算之研究在世界上方興未艾並廣受注目，在可見的未來將 成為主流。

第三節 邊界條件

上述的模式都需將流場以格網（grid）切割，配合正確的邊界條件，

以數值方法(譬如有限差分、有限元素或有限容積法)，求取連續方程式及 動量方程式的數值解，如此便可預測流場中任意一位置的時間平均流速。

但若使用不正確的紊流模式，所預測之流場可能會有很大的誤差。故在使 用紊流模式預測建築物的環境風場之前，必須以三維流場的實驗數據來驗 證模式的正確性。

數值模式的邊界條件可分為：

(1) 上游邊界條件(Upstream boundary)：

在主建築物上游 5 倍建築物高度處之迫近流必須滿足平均風速與紊流 流況相似於現場流況的條件。

(2) 固體邊界條件(Solid boundary)：

0 w v

u= = =

在地面、建築物表面等邊界處必須滿足不滑動(No slip)及無流體穿透 的條件。

(4) 紐曼邊界條件(Neumann boundary)：

x 0

所使用的模式參數、雷諾數、邊界條件及計算格網的大小等條件皆可能會 影響計算之結果，因此必須對計算時所採用的計算方法與條件有深入的探 討，建立正確客觀的風場預測。以下為數值模擬時應注意事項：

1. 因為建築物周遭的流場為三維、非穩態的紊流，所使用的數值模式應 可計算三維、非穩態的紊流流場。

2. 所使用的數值模式應先與風洞實驗的結果比對以驗證模式的正確性，

數值模擬之結果誤差範圍必須在 5%以內。

3. 數值模式計算範圍的高度需達邊界層厚度（梯度高度），計算範圍的 上游距離主建築物應至少 5 倍主建築物的高度，計算範圍的下游離主 建築物應至少 10 倍主建築物的高度，以確保計算結果不受計算範圍的 影響。

4. 主建築物周遭 3 倍高度半徑範圍內所有的地形、地物及植物皆需以邊 界條件輸入模式中。

5. 數值模式所使用的格網應能計算離地面 1.5 ~ 2.0 m 高度之風速，且必 須對不同的計算格網進行測試，直至不同的計算格網結果之差異在 5%

以內。

6. 數值模式的迫近流必須滿足平均風速與紊流流況的相似。

7. 數值模式的雷諾數 Re = U_oH/ν > 10⁴，其中 Uo為風洞中自由流之流速，

H 為主建築物的高度，ν為空氣的運動黏滯係數。

8. 數值模擬時，必須針對 16 個風向（北北東、東北、東北東、東…）分 別進行模擬，以配合中央氣象局之氣象站的風向資料。

圖 6.1 計算範圍之示意圖

圖 6.2 邊界條件之示意圖

δ

B

L 主建築物

δ

10H 主建築物

0 z w

u = =

∂

∂

x 0 w x

u =

∂

= ∂

∂

∂

5H

U = W = 0