第四章 研究成果與討論
第四節 FDS 模擬結果與分析
一 、 風 向 角 效 應
由於視流觀察實驗有其限制，無法明確了解居室內氣流流動情形，
因此本研究利用 FDS 建立模型進行模擬。由圖 4-17 顯示Ａ模型在 β=0o 條件下模擬結果，清楚觀察模型受風後兩側面產生迴流區，迴流泡外圍 速度明顯遠高於迴流區內，模型後方產生尾流擺盪現象，速度明顯遠低 於其餘位置。觀察居室內部氣流速度分佈情況如圖 4-18 所示，β=0o條件 下(圖 4-18a)，氣流由 1 號窗進入延著隔間衝擊至梯間再往左由 2 號窗流 出，靠近左下角產生一逆時針旋轉迴流區，迴流區內速度約為 2 m/s。隨 β 增加，由 1 號窗進入氣流衝擊梯間程度減低，當 β=45o時，結果如圖 4-18c 所示，氣流衝擊靠近隔間壁面與 2 號窗交界角落處，且部份氣流直接由 2 號窗流出，靠近梯間與左側兩處行程滯流區。雖然 1 號窗相對於來流方 向投影面隨著 β 增加而減少，但由結果觀察到，氣流流至 2 號窗幾乎呈 直線快速排出，流速遠高於其他風向角案例。當 β 大於 45o時，圖 4-18d
－f 顯示氣流進入室內衝擊點轉為 2 號窗壁面左側，因此左側滯留區範圍 減小，右側滯留區範圍擴大。另一方面，1 號窗相對於來流方向投影面積 逐漸縮小，氣流進入室內速度也逐漸降低，排煙效果變差。當β=90o時(圖 4-18e)，1 號窗位在左側，且開口來流方向呈垂直關係，氣流無法直接進 入室內。迴流泡在側面形成產生溢放現象時，室內氣流由 1 號窗受迴流 泡負壓間歇性吸出，同時受尾流影響，引導部份氣流由 2 號窗進入室內，
由動畫觀察氣流流動速度緩慢且為間歇性，室內流場幾乎是停滯狀態。β 大於 90o兩窗戶位在尾流區，以 β=120o為例(圖 4-18f)，氣流受尾流影響 間歇性同時從兩窗戶進入與排出，但室內氣流停滯時間居多。β=150o-330
ｏ與β=30o-120ｏ結果對稱，因此將不進行討論。
52
圖 4-17A 模型、β=0
o模擬場域速度分佈圖
資料來源：本研究整理
53
(a)β=0o
(b)β=30o
(c)β=45o 滯留區
54
(d)β=60o
(e)β=90o
(f)β=120o
圖 4-18A 模型、全開窗模擬風向角影響居室內速度分佈圖 資料來源：本研究整理
滯留區
55
二 、 開 窗 角 效 應
排煙窗開啟形式與角度對氣流進入室內有一定程度影響，本研究將 對排煙窗開啟單一方向不同開窗角度進行探討。首先探討 β=0o開窗角為 45o(圖 4-19a)，發現氣流流動方式由 1 號窗進入後略為偏左，而開窗 90o(圖 4-19b)為直線進入室內，與全開窗(圖 4-18a)結果比較無明顯差異。隨著β 增加，開窗角度影響效果越趨明顯。由圖 4-20a 可觀察到，開窗外推 45o 導引氣流延隔間壁面流動，室內氣流速度低於全開窗(圖 4-18b)，其原因 為窗戶遮蔽部份開口面積所導致。值得注意得是，開窗 90o(圖 4-20b)導引 原本全開窗不會進入室內氣流進入室內，室內流場速度明顯增加。因風 向角與開窗角度關係，β=60o開窗 45o與 90o速度分佈(圖 4-21a、21b)與全 開窗結果比較明顯增加。當 β=90o時，由圖 4-22a、22b 可觀察到室內速 度分佈與全開窗結果無明顯差異，室內氣流流動主要受側面迴流泡與尾 流影響，受開窗角度影響變化不大。β 超過 90o時，由全開窗結果可得知，
室內氣流流動轉為由迴流泡與尾流產生壓力差驅動。由圖 4-23 可發現 (β=120o)，在 1 號窗處受迴流泡溢放影響，氣流轉為 1 號窗排出 2 號窗流 入。值得注意的是，β=150o 模型外流場現像、氣流進入與排出室內方向 與β=120o結果對稱。在β=150o-360o條件時，由於 2 號窗為全開窗無窗戶 外推，其結果與全開窗β=0-120o為對稱。
56
(a)β=0o，開窗
45o
(b)β=0o，開窗 90o
圖 4-19A 模型模擬居室內速度向量分佈圖，β=0
o資料來源：本研究整理
57
(a)β=30o，開窗 45o
(b)β=30o，開窗 90o
圖 4-20A 模型模擬居室內速度向量分佈圖，β=30
o資料來源：本研究整理
58
(a)β=60o，開窗 45o
(b)β=60o，開窗 90o
圖 4-21A 模型模擬居室內速度向量分佈圖，β=60
o資料來源：本研究整理
59
(a)β=90o，開窗 45o
(b)β=90o，開窗 90o
圖 4-22A 模型模擬居室內速度向量分佈圖，β=90
o資料來源：本研究整理
60
(a)β=120o，開窗 45o
(b)β=120o，開窗 90o
圖 4-23A 模型模擬居室內速度向量分佈圖，β=120
o資料來源：本研究整理
61
(a)β=150o，開窗 45o
(b)β=150o，開窗 90o
圖 4-24 A 模型模擬居室內速度向量分佈圖，β=150
o資料來源：本研究整理
62
進一步計算 1、2 號窗平均速度無因次化，計算方式為模擬記錄得速度值 除以來流風速(12 m/s)。全開窗、β=0o-120o結果繪製於圖 4-25。由結果可 觀察到，窗口速度分佈隨風向角改變。在β=0o時(圖 4-25a)，平均速度範 圍為 0.95-1.05。當β 增加至 30o(圖 4-25b)，靠近窗口右側速度增加至 1.4，
窗口左側反而降低至 0.6，速度變化較大，由此可知風向角對窗口速度影 響之劇烈。然而 β=60o(圖 4-25c)分佈與 β=0o較為接近，但靠近窗口右側 速度值降低至 0.9。值得注意的是，β=90o(圖 4-25d)之速度分佈遠低於上 述兩案例，其範圍為 0.55-0.7，主要受到排煙與來流呈垂直關係，因此靠 近窗口速度氣流進入室內速度減弱。圖 4-25e 顯示β=120o窗口速度分佈，
由於 1 號窗相對來流位在模型下游處時，受到迴流泡溢放影響(迴流泡由 窗口右側向左移動)，造成窗口速度分佈以中間區域最高(0.9)左側最低 (0.6)。圖 4-26 為開窗角度為 45o時窗口平均速度分佈，在β=0o結果(圖 4-26a) 顯示窗口速度略高於全開窗結果(圖 4-26a)但影響不明顯。β=30o-120o 速 度分佈與全開窗案例比較無明顯變化。值得注意的是，在開窗角 90o結果 中顯示 β=30o-90o(圖 4-27b-d)速度分佈遠高於全開窗與開窗 45o之結果，
原因為排煙窗外推具有將氣流集中導入室內作用，但β 大於 90o無明顯變 化。
2 號窗口速度分佈同樣明顯受到開窗角度影響，以 β=30o 為例(圖 4-28) ，開窗 45o與 90o速度分佈皆比全開窗來得高，其中以開窗 45o窗口 氣流流速最快。在β=90o時，以開窗 90o速度分佈值最大，其次是開窗 45o。 由此可知開窗具有導引氣流流往室內作用。
計算 1、2 號窗口平均速度與風向角關係圖繪製於圖 4-30 與 4-31，其中 全開窗結果僅模擬至 120o，β=0o-120o 與 β=150o-360o 成對稱關係。由 1 號窗結果(圖 4-30)可發現在β>30o速度逐漸下降，至β>150o轉為上升然後
63
到達 270o再降低。由結果可發現開窗 90o、β>30o條件下速度幾乎遠高於 其他風向角結果，且與來流速度相等甚至比來流速度高，另外在 2 號窗 速度(圖 4-31)分佈趨勢與 1 號窗雷同，由上述結果與模擬動畫可得知，當 β 超過 180o時，窗戶外推遮蔽窗口，導致在窗口處形成迴流泡產生負壓 使氣流往外流出。
64
β=0o
0.95
0.95 0.90
1.05 1.05
1.05
65
1.015 1.015
1.015 1.015
1.010
0.70 0.70
0.65
66
0.70 0.70
0.65
67
1.20 1.20
1.20 1.20
1.15 1.15
1.10 1.10 1.15
1.10
1.26 1.26
1.26
1.26
1.26
1.24 1.24
1.24
1.18 1.18
1.18
68 β=0o
0.58
0.58 0.58
0.58
0.60 0.59 0.59
0.59
0.580.58
0.57 0.57 0.56
0.55 0.56
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.73 0.69
0.73 0.81 0.82
0.81
69
70
71