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料擷取系統(圖13),將資料傳回電腦,依據伯努利方程式(Bernoulli equation)計算出相應之風速。計算式如下:

,

3. NI DAQ 資料擷取系統

實 驗 所 量 測 之 類 比 訊 號 式 經 由 NI DAQ 9172 擷 取 後 作 類 比 數 位 (analog-digital)轉換,如圖3-21.所示。本系統最高可連結八個模組,

時間解析度(Timing resolution)為50ns,取樣頻率(Sampling rate)最高 可達3.2MHz。配合四個NI 9215模組,每個模組共有四個訊號輸入端,並 具有同步取樣功能(sample and hold),可同步取樣±10V的四個輸入通道,

電壓輸出解析度可達0.3mV。本模組最高取樣頻率為100kHz,具有16-bit 之解析度,經由USB傳輸至電腦存取資料。

圖 3-23.資料擷取系統 (資料來源:本研究整理)

4. 熱線測速儀

熱線測速探針依其操作原理不同,可分為定電流熱線測速儀(CCA)及 恆溫測速儀(CTA)兩種,其量測原理乃利用惠斯登電橋(Wheatstone's bridge)之平衡作用,恆溫測速儀(如圖3-22)是利用回授線路保持感測器 的溫度為定值,而由回授放大器的輸出電壓得到與熱散失間的關係。

另本實驗將使用丹麥DANTEC公司製造之Streamline恆溫型熱線測速 儀主機(constant temperature hot-wire anemometer,系統進行流場量 測,此儀器具50KHz頻率響應能力,使用二維交叉式(X type) 型號55P61 熱線測速探針,直徑為5μm,長度1.25mm,適用於低紊流流場。由於熱線 測速儀之電子回授線路可能有飄移(drifting)發生,因此在每次使用之前,

都必須進行探針校正,以避免造成實驗量測數據產生誤差現象。

流場三維量測方式建置暨應用至 防風措施影響效應評估之研究

圖 3-24. Streamline 恆溫型熱線測速儀主機 (資料來源:本研究整理)

5. 三維動態皮托管

三維動態皮托管(Cobra Probe)是由 Turbulent Flow 公司製造,是一個 多孔壓力探針且能夠即時量測 3 組的速度和局部靜態壓力,量測的頻率響應 可達 2kHz 以上,特別適合於測量擾動流場也可以準確的量測平均流量,量 測的擾動強度可達 30 %,量測速度由 2 到 100 米/秒,可量測來流±45 ° 錐角之流場,量測速度不確定度為±0.5 米/秒,量測俯仰角和翻滾角不確定 度為±1 度。

圖 3-25. 三維動態皮托管示意圖

(資料來源:本研究整理)

在無地況之邊界層流場量測,來流風速為 6.101m/s,量測高度由地表 10mm 至 1700mm,量測結果見圖 3-23.其中紅色線為熱線測速儀實測值與藍色線為理 論值兩者比較相差不大,邊界層厚度為 350mm,量測流場紊流強度見圖 3-24.,

在邊界層內紊流強度近地表達 8.2%,高度增高紊流強度逐漸降低至脫離邊界層 下降為 1%。

圖 3-26. 無地況之邊界層流場理論值與二維熱線測速儀量測之比較

(資料來源:本研究整理)

圖 3-27. 無地況之邊界層流場紊流強度

(資料來源:本研究整理)

流場三維量測方式建置暨應用至 防風措施影響效應評估之研究

在 C 地況α=0.15 之邊界層流場量測,來流風速為 6.5m/s,量測高度由地表 10mm 至 1700mm,量測結果見圖 3-27.其中紅色線為熱線測速儀實測值與藍色線 為理論值比較有差距,量測流場紊流強度見圖 3-28.,在邊界層內紊流強度近地 表達 12.5%,當高度增高至 1700mm 紊流強度下降為 3.5%。在此流況下紊流強度 實屬偏高,流場速度分布不夠平順。

圖 3-28. 熱線探針 圖 3-29.α=0.15 C 地況

(資料來源:本研究整理) (資料來源:本研究整理)

圖 3-30. C 地況之邊界層流場理論值與二維熱線測速儀量測之比較

(資料來源:本研究整理)

圖 3-31. C 地況之邊界層流場紊流強度

(資料來源:本研究整理)

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