第六章、 實驗流程
第二節 量測流程
本次量測 Open area ratio=0.512 的格柵，在先前所架設的框架上已有預留大量螺絲 孔，搭配鋼片將木頭格柵固定於風洞測試區入口處，完成圖如下。
A ' B
A
B C
A’
第六章 實驗流程
圖 6- 4 柵格尺寸圖
（資料來源：本研究整理）
圖 6- 5 格柵量測示意圖
（資料來源：本研究整理）
圖 6- 6 格柵架設示意圖
（資料來源：本研究整理）
15W 50W
第六章 實驗流程 單一截面下的量測位置如圖 6-7 圖示，在本次實驗，另格柵木條寬 90mm 為特徵長 度，將間隔 5W 既 0.45m 進行量測，在第一測試段的模型置放區距格柵為 2.3m 至 3.3m，
為 25W 至 40W 範圍內。下圖為本次實驗量測示意圖。
圖 6- 8 實際架設圖
（資料來源：本研究整理）
第三節 儀器校正
熱線測速儀量測值為電壓，本次實驗以一維熱線探針與二維熱膜探針進行量測。二 維熱膜測速儀能量測流場主流方向速度擾動，兩條 45 度交叉的熱線構成，雙方量測之 電壓擾動經換算可得主流場擾動與另一垂直方向擾動，本次實驗為 Z 方向的量測。
在實驗進行之前，必頇將一維熱線探針與二維熱膜探針量測之電壓與流場速度進行 校正，求其關係式，本次實驗利用電壓與速度成四次曲線的校正公式為轉換工具。在校 正的工具，以校正儀器產生固定速度之流場，並將一維熱線探針與二維熱膜探針固定其 流場出口，進行 5m/s 至 20m/s 之電壓與速度校正。
圖 6- 9 熱線儀器校正
（資料來源：本研究整理）
第六章 實驗流程 的擾動。入口皮托管量測之入口流速為 10m/s，量測位置為距離風洞收縮段 2.2m,X=2200mm 處 Z= 0mm, ± 500mm, ± 750mm，Y 軸為距離風洞底部之垂直高度，由 40mm-2100mm 進行量測。
Single Wire 電壓與速度關係式
電壓值 Volt 流速 m/s
圖 6- 12 均勻流之帄均速度分布
（資料來源：本研究整理）
第六章 實驗流程
A 點,
A 點, Volt
圖 6- 15 15W 與 50W 瞬時電壓值之擾動(A 點)
（資料來源：本研究整理）
A 點, A 點,
m/s
第六章 實驗流程
圖 6- 17 5W 與 50W 速度之 FFT(A 點)
（資料來源：本研究整理）
圖 6- 18 15W 與 50W 速度之 FFT (A 點)
（資料來源：本研究整理）
A 點,
A 點,
A 點,
A 點,
由原始電壓經校正供事後得各位置之帄均速度值如下：
第六章 實驗流程
表 6- 1 第一測試區旋轉盤上方流場特性
底部因邊界層現象，擾動幅度更微幅增加。當 X=15W，Y=1.5m 帄均紊流強度可至 17.67%。
網格後方下游，因能量減少，擾動幅度降低，在第一測試段圓盤 Y=1.5m 處，帄均紊流 強度為 7.81%，底部可至 11.39%。本網格架設 open area ratio 為 0.512，以均勻之方形 格柵排列，目的為擾動量較為均勻分布之紊流流場，由數據顯示，在 25W 至 40W 間紊 流強度值可達相似。在均勻流與高紊流情況下，網格對風洞產生顯著的速度損失，風洞 相同的風扇轉速相對之帄均速度如圖 6-19 所示。由於風洞之風扇在高轉速之下會產生 震動，本次實驗所使用之最高轉速為 225rpm。
第六章 實驗流程 除了紊流強度外，紊流場之另一表示方法為紊流積分尺度，可視為紊流擾動中能量最強 之帄均結構大小，若假設實驗中紊流場在分析上屬均勻結構,可藉由泰勒假說將軸向紊流長 度積分轉換為對時間的積分，以下已風扇轉速70rpm 之紊流場為例觀察其積分尺度隨網格 距離之變化。由下圖觀察出，紊流積分尺度與紊流強度對於網格的距離有不一樣的表現，紊 流積分尺度隨越下游的距離逐漸增大，距離網格處較接近為較小的積分尺度表現。在帄均風 速為4.43m/s 之紊流場如下圖，其紊流積分尺度分別為：47mm、50mm、165mm，由數據 可觀察出，距離網格0.45m、1.35m 處，瞬時速度擾動較大，渦流結構較小，在下游處，擾 動較為消散，渦流結構較為明顯。
圖 6- 24 紊流場擾動之自相關
（資料來源：本研究整理）
Area=17.04/2048
Area=20.05/2048
Area=75.64/2048
第五節 模型流場測試比較
第六章 實驗流程
Okamoto and Sunabashiri (1992)[31] 2.5×104 7 0.87 Sakamoto and Oiwake(1984)[32] 6×104 3 0.68 Taniguchi et al. (1981)[33] 0.3×104~6×104 5 0.76
表 6- 3 有限高度圓柱升力係數風洞測試結果
（*代表於紊流場下實驗結果）
（資料來源：本研究整理）
另外以垂直式 Giromill 風機為流場氣動力差異之比較測試，其轉速、扭力數據由扭 力計與扭力傳感器擷取，將其類比訊號藉由 IOTech ACD488/8S 資料系統（數位類比轉換 器）儲存至電腦。風力發電機葉片尺寸：弦長 C 為 0.09 m、半徑 R 為 0.6 m、高度 H 為 1.2 m。
Re H0/D Cl
Present study (2009) 1.85×105 2 0.0075
Present study (2009) 1.85×105 4 0.0065
Present study (2009) 1.85×105 6 0.0082
Present study (2009)* 1.01×105 2 0.0025
Present study (2009)* 1.01×105 4 0.0023
第六章 實驗流程
表 6- 5 均勻流場中垂直式風力機之轉速
第六章 實驗流程 若帄均風速為 4.3m/s，均勻流與紊流場皆能使垂直式 Giromill 風力發電機開始轉動，
但前提條件是，由靜止開始吹動的角度必頇為容易啟動之迎風角，再此低風速下，兩不 同流況之風力發電機轉速皆為 2-4rpm。
若起始角度為停滯區(dead band)，均勻流場風速至 15m/s 仍無法啟動(若啟動後卻 可至 136rpm)。紊流場中，即使垂直式 Giromill 風力發電機為難以加速之停滯區，紊流 場卻還能以些微速度通過，到了容易加速的角度，風力發電機便開始轉動。
圖 6- 27 不同流況中之垂直式風機轉速(RPM)
（資料來源：本研究整理）
圖 6- 28 不同流況中之垂直式風機轉速(切線速度)
（資料來源：本研究整理）