風洞的設計與應用

游云豐(2008)說明風洞依其構造可分為 (1)閉路循環式風洞與(2)開 放式風洞(如圖 2-3-1 所示)。開放式比較耗能量，但由於開放，在試驗

段不會產生追蹤氣體累積，適合於擴散試驗；迴路式則比較省能源，但 容 易 產 生 追 蹤 氣 體 累 積 ， 因 此 不 適 合 於 擴 散 ( 蕭 葆 羲 ， 2013) 。

圖2-3-1 閉路循環式風洞與開放式風洞構造圖

資料來源：林家瑋（2006）。低風阻汽車外形設計方法。未出版碩士論 文。臺灣大學機械工程學研究所，台北市。

而風洞試驗段氣流之產生，依動力馬達風扇置放位置，則可分為吸入 式(suction)或吹入式(blowing)。吹入式送風較易受外界風場及風扇所 產生的螺旋渦流的影響，因而造成風速分佈不均勻之現象。經文獻指出，

吸入式風洞具較佳之穩定性，試驗階段風速也較均勻，可將外界空氣吸 入，經過整流段、收縮段再由風扇口排出空氣，其氣密性要求較高(表 2-3-1)。

表 2-3-1 風洞優缺點對照表

蕭葆羲(2013)說明開放吸入式風洞(Open-circuit suction type) (圖 2-3-3)其主要構造部份可分為整流段、收縮段、試驗段與動力段以及 風洞本體支架。其各段內容說明如下：

圖 2-3-2 中央大學小型風洞

NO.說 明 NO.說 明 NO.說 明 1.保護網 5.收縮段 9.安全網 2.蜂巢管 6.試驗段 10.收縮段 3.整流網 7.試驗轉盤 11.軸流風扇 4.整流收縮段 8.可調式屋頂 12.擴散管

圖 2-3-3 開放吸入式風洞之立體構造

資料來源：朱佳仁(2006)，風工程概論。台北市：科技圖書股份有限公 司出版。

一、 整流段

自然界之風場極不穩定，所以在進入收縮段前必須加裝整流段，以使 氣流趨於穩定，即增加速度均勻性，將流場擾動減至最少。其中包含蜂 巢管(Honey cone)及四層整流網(Screen)。蜂巢管設計的目的在於減少 外界氣流中之紊流，其功能主要減少氣流在流動方向和橫向上的擾動和 渦漩，即可將渦流切割成更小之直流。蜂巢管之後便是整流細網，其功 能是將蜂巢管下游之渦流再切割成更小之渦流，使氣流的紊流強度減至 最小，增進氣流的均勻性及穩定性。

二、 收縮段

收縮段係連結整流段與試驗段。一般收縮段之設計應先由收縮段出入 口尺寸之選定著手。當出入口之收縮面積比決定後，下一步工作則為選 擇收縮段之長度及形狀。為了使收縮段設計達到最佳化，一般考慮因素 有：(1)收縮段出口之流速均勻性。(2)避免收縮段內流線分離。(3)收縮 段之最小長度。(4)收縮段出口之邊界層厚度之最小化。

三、 試驗段

試驗段主要為風洞試驗進行之處，其上壁可以調整其高度位置，使得 氣流通過試驗段時稍呈發散，以動壓彌補靜壓之摩擦損失，維持試驗段 內之壓力梯度。另外於試驗段上壁上方擺設照明設備，且左右側壁安裝 大型透明窗，可直接觀測風洞中之流況。

四、 動力段

動力段包括收縮管、風扇及出口擴張管。風扇葉片的角度最好可以調 整以微調風速，風扇與試驗段之間應設置一個安全網(Safety screen)，

以免吹落的物體打壞風扇葉片，氣流由出口擴散管排出。

朱佳仁(2013)說明改良開放吸入式小風洞為全長 3.5 m，試驗段長 1.5 m，寬 0.2 m，高 0.2 m，縮比為 1:4 。風扇馬達功率為 5.0 馬力，

最高風速可達 20 m/s ，圖 2-3-2 為該風洞之影像圖。左右側壁皆以透 明壓克力製成，可用來觀測風洞中流況。試驗段底部設有探針口，可調 整量測的位置。該風洞可用以校正熱線風速計、壓力，或從事小比例模

型之研究。

本研究設計之風洞將參考開放吸入式風洞之規畫設計加以改良，利用 厚紙板製作成密閉空間、小型抽氣風扇當動力來源和瓦楞板製作成蜂巢 整流網，設計低價位、小尺寸、風速低於 20m/s、風向固定無紊流且易操 作的簡易低速風洞。