風洞試驗

本研究風洞試驗於內政部建築研究所風洞實驗室進行，其風洞本體為 一垂直向的封閉迴路系統，總長度為 77.9m，最大寬度為 9.12m，最大高 度為 15.9m，為東南亞目前最大之建築風洞實驗室。

整個風洞本體具有兩個測試區段，第一測試區中配置有兩個旋轉盤，

第一座旋轉盤直徑 1m，安置於距測試區入口處 3m 處，從事一般流體力學 研究；第二座旋轉盤直徑 2.6 m，置於可移動式軌道上，定位於距測試區 入口端約 25.5m 或 31.5m 處，並以機械控制使其做旋轉及上下運動，以進 行建築物受風力作用的空氣動力學研究及污染擴散試驗為主。第二測試區 則配置一座旋轉盤，位於風洞本體整流段出口 15m 處，轉盤直徑為 2.6 m，

主要用途以橋梁測試為主。

建築風壓試驗於本實驗室第一測試段之第二旋轉盤進行，本測試段長 36.5m、寬 4m、高 2.6m，最高風速為 30m/s。風洞頂部為可調式上蓋板，

以維持測試段壓力梯度為零，並將阻塞比降到最低。實驗室相應性能參數 與配置圖如圖 5-3 所示。

一、循環式風洞性能 (一)、風洞尺寸

測試段長度 36.5 m 測試段寬度 4 m 收縮比 4.7:1 (二)、驅動系統

總功率 500 kW

風扇型式 直接傳動軸流式風扇 風速控制 變頻器控制馬達轉速 (三)、風速

最高風速 30 m/s 邊界層厚度 最高 200 cm 紊流強度 測試區處約 2 %

(四)、順風向壓力梯度 零梯度由可調式上蓋板調整

圖 5-3 建研所循環式大氣邊界層風洞性能 資料來源：本研究整理

二、風速量測設備 (a) 皮托管

本研究採用皮托管進行來流平均風速之量測，由皮托管所量測到的壓 力差值，利用伯努利方程式(Bernoulli equation)計算出相應之風速。

(b) 熱線測速儀

來流風速剖面量測採用 Dantec 公司生產之熱線(hot-wire)測速儀進行。

本熱線測速儀是利用電流通過金屬導線時會使導線溫度升高，而當流體流 經金屬表面時會帶走部分熱量之原理來量測流體之速度。當探針(probe)所 在位置之電阻 R 值因溫度之改變而改變時，使得電橋失去平衡。本實驗室

所有之恆溫式流速儀，利用補償電路(compensating circuit)，因應流速之變 動，對流經探測元之電流做瞬間之改變來維持探測元之操作溫度固定不變 (因而探測元之電阻亦不變)，使電橋保持平衡狀態。如此即可經由回饋電 壓的變化來得知所要量測流場中流速之變化。實驗將測速儀裝設於可垂直 與橫向移動的移動機構，測針擺設位置均以電腦控制。

(c) 動態皮托管

為量測實驗中相應示範建築物屋凸設置超音波風速計位置之風速以及 風向，實驗中採用動態皮托管(或稱眼鏡蛇探針 cobra probe)進行量測(如圖 5-4)。動態皮托管屬於三維脈動風速探頭，有 4 孔壓力探頭，用來測量三 維風速和靜態壓力，並且能測量頻率回應大於 2kHz，風向角在±45°內的紊 流。它適用在紊流大、風向不明的測量場合，相當適合針對建築頂部位置 風場易受到女兒牆或屋凸影響的情況。

圖 5-4 動態皮托管 資料來源：本研究整理

三、壓力量測設備

前述之建築表面風壓量測方法涉及壓力之量測，故本計畫採用多頻道 電子式壓力掃描閥，用來同步擷取作用於建築物表面的瞬時壓力，經過適 當的處理便可得到該開窗位置之平均、擾動壓力。本儀器為 SCANIVALVE 公司之產品，如圖 5-5 所示，其元件包括：

(1) 壓力訊號處理系統(RADBASE3200)

(2) 最多可支援 8 組類比訊號轉換成數位訊號之轉換器(A/D MODULE) (3) 最多可支援 8 組壓力感應模組，共 512 個壓力量測點。

(4) 其類比訊號轉換成數位訊號(A/D convert)解析度達 16bit。

(5) 最大採樣速率可達 500Hz (6) 採用 USB 介面傳輸。

(7) 具備網路控制與傳輸功能。

(8) 壓力感應器模組特性：

(9) 壓力感應範圍為±10in H2O。

(10) 誤差範圍為±0.2%。

實驗中將各個風壓孔之壓力訊號經 PVC 管傳遞至壓力感應器模組，其 量得之訊號傳至壓力訊號處理系統計算後所得壓力值傳回電腦。

圖 5-5 多頻道電子式壓力掃瞄器 資料來源：本研究整理