第三章 研究方法
第一節 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 2 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。
環境風場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 36.5 公尺、寬 4 公尺、高 2.6 公尺，最大風速為 30 公尺/秒。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 3-1 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
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 3-1 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)，即依據後式計算出相 應之風速。
行。所謂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。實驗中，
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) 地表風速計
在進行行人環境風場試驗時，於風 洞實驗中須定義行人高度的風場，
在風速的量測上，通常需要在不同的風向情況下，量測許多接近地表、
不同位置的測點。由於邊界條件的複雜，導致各測點風向的高度不準確 性。再加上紊流強度高，傳統之量測工具如皮托管與熱流速儀使用起來 相當困難，其誤差亦大。
本案之行人高度風速量測採用 Irwin[36]於 1981 年所發展出來的無 方向性地表風速計測器來進行，其原理是利用管與管中之細管(即管中管，
內外兩管共一中心軸，但內管突出較高)，兩者間之壓力差，參照預先率 定之結果，可迅速、正確地量測到行人高度上之水平方向風速。如下圖 3-2 所示。而其風速計算方式如下式所示，其中 u 為風速，△P 為上述兩 內外管之壓力差，α、β則為公式常數。
P
u=α +β ∆ (3-1)
進行試驗前須率定每個地表風速計(Irwin probe) 之α、β值方能進 行風速計算，本研究以用三維動態皮托管進行率定，如圖 3-3 所示。將
可得α、β值。
圖 3-2 地表風速計剖面圖 資料來源：[36]
圖 3-3 使用動態皮托管校驗地表風速計 資料來源：本研究整理
三、壓力量測設備
前述之風速量測方法中，亦涉及壓力之量測。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結構表面各點的瞬時風壓，經過 適當的處理便可得到結構系統所受之平均風力、擾動風力以及外牆所受 之局部風壓。
本儀器為 SCANIVALVE 公司之產品，如圖 3-5 所示，其元件包括：
1. 壓力訊號處理系統(RADBASE3200)
(1) 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) (2) 最多可支援 8 組壓力感應模組，共 512 個壓力量測點。
(3) 其類比訊號轉換成數位訊號(A/D convert)解析度達 16bit。
(4) 最大採樣速率可達 500Hz (5) 採用 USB 介面傳輸。
(6) 具備網路控制與傳輸功能。
2. 壓力感應器模組特性：
(1) 壓力感應範圍為±10in H2O。
(2). 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。
四、風速剖面
Turbulence Intensity (%)
z/δ