自工業時代以來，持續的燃燒化石燃，使大氣溫度不斷上升，然而天氣變得更加極端，這意味著會有更猛烈的風暴、強風。這些天氣變化也帶來了挑戰。而台灣地區位處於熱帶地區，每逢夏季受熱帶氣旋影響，每年平均會出現三次以上的颱風侵襲，然而天災帶來的損失是極其重大，因此在結構物安全性及舒適性的考慮是不可或缺的。然而世界各地對於風載重之設計皆有一定程度之發展，有著相當多理論以及規範，不過皆是基於較穩定之風場狀況來進行探討，忽略許多實際存在於大自然中急劇變化的天氣現象，使得在設計上趨於保守。颱風、雷雨等急劇變化的天氣特性對於建築物之影響，將會是未來著重探討的項目之一。
本研究利用位於淡江大學風工程研究中心的主動控制型、開放式複數風扇風洞機具，探討當氣流在穩態流和急加速的變化下對於二維圓柱之氣動力現象;本研究主要分成四個部分進行實驗：(1)使用淡江複數風扇風洞模擬定常性流場風速範圍為4 m/s ~ 14 m/s以每1 m/s作為間隔，共有11種均勻風速剖面，與非定常性流場4 m/s加速至14 m/s，加速時間2s、4 m/s加速至14 m/s，加速時間5s兩種加速氣流場。(2)將圓柱模型放入上述(1)進行定常性以及非定常性之風洞試驗。完成上述(1)、(2)項實驗後，再進行(3)模型係數的探討，比較圓柱模型在不同的穩態流(低紊流)及加速氣流下的表面風壓分布特性及拖曳向、升力向風力係數的差異。(4)進而改變加速區間探討加速區間的變化是否會造成係數上的影響。數據分析上，透過比對算術平均（Arithmetic average）以及集合平均(Ensemble average)之概念，數據在定常性以及非定常性下的一致性以及正確性。針對渦散特性之探討則使用短時傅立葉轉換(STFT)。然而更進一步探討圓柱是否與深寬比1:1之方柱在非定常性流場下，模型表面風壓與風力係數是否有相同的現象發生，並討論加速區間的長短是否會因幾何形狀的關係而有不同的趨勢。

Since the industrial age, the continuous burning of fossil fuels has continuously increased the atmospheric temperature, also make weather more extreme, this means having more intense major storms and strong winds.These changes in weather pose challenges. Taiwan is located in the tropics, and it is affected by tropical cyclones in summer. There will be an average of three typhoons per year. causing extremely heavy losses. Therefore, it is indispensable to consider the safety and comfort of the structure.
This study Investigation the aerodynamic behavior of the two-dimensional circular cylinder model excited by accelerating wind flows generated by the actively-controllable multiple fan wind tunnel at Tamkang university. The experiment has four phases. The first phase is to make a comparison test under steady flows; the second phase is to collect enough ensemble size of testing results under the accelerating flow. By comparing the concepts of Arithmetic average and Ensemble average, the consistency and correctness of the data under constant and unsteady nature. For the discussion of vortex characteristics, short-time Fourier transform (STFT) is used. However, we further explore whether the cylinder and the square column with an aspect ratio of 1:1 are in an unsteady flow field, and whether the wind pressure on the model surface and the wind coefficient have the same phenomenon, and whether the length of the acceleration interval will be affected by the geometry Relationships have different trends.

目錄
第一章　緒論	1
1.1　研究動機與方法	1
1.2　研究內容	2
1.3　論文架構	3
第二章　文獻回顧	5
第三章　理論背景	7
3.1　氣流經鈍體後行為	7
3.2　相似性原則	9
3.3　氣體流經圓柱流場特性	11
第四章　實驗設置與數據處理分析	13
4.1　風洞流程與實驗	13
4.2　實驗裝置介紹	16
4.3　訊號處理與數據處理	24
4.4　流場測量結果	33
第五章　實驗結果與討論	37
5.1　穩態流下之氣動力特性	37
5.2　加速氣流下之氣動力特性	53
第六章　結論與建議	66
6.1　結論	66
6.2　建議	67
參考文獻	68
附圖	70
附表	92
附錄A	93


表目錄
表 1不同風速之渦散頻率與史特赫數	51
表 2 不同加速方式 (Yang and Mason, 2019)	92
表 3 圓柱在不同雷諾數區間係數(取於Schewe G,1983)	92


圖目錄
圖3- 1圓柱在不同雷諾數下氣流的分離現象(取自Ansys Fluent.Theory Guide,2011)	11

圖4- 1實驗設備架設示意圖	13
圖4- 2風壓係數(取自Bearman,1992)	15
圖4- 3擾動風壓係數(取自Bearman,1992)	15
圖4- 4複數風扇風洞示圖	16
圖4- 5圓柱上視圖	17
圖4- 6佈點示意圖	17
圖4- 7 Cobra連接示意圖(擷取Cobra Probe)	18
圖4- 8 Cobra Probe 示意圖(擷取至Muhle,2018)	19
圖4- 9壓力訊號處理系統	21
圖4- 10壓力感應器模組(Module)	21
圖4- 11氣閥切換器	22
圖4- 12空氣瓶	22
圖4- 13塊接	22
圖4- 14同步測量示意圖	23
圖4- 15風速歷時	25
圖4- 16數據處理流程示意圖	27
圖4- 17集合平均示意圖	28
圖4- 18集合擾動示意圖	29
圖4- 19流場量測Cobra架設方式	33
圖4- 20剖面於Y=51、81cm處之平均風速剖面、紊流強度剖面、紊流長度尺度剖面	34
圖4- 21剖面於Y=66cm處之平均風速剖面、紊流強度剖面、紊流長度尺度剖面	34
圖4- 22 風速歷時dt=2s、dt=5s	35
圖4- 23 dt=2s、dt=5s無因次化加速度	35

圖5- 1風速4 m/s之平均風壓係數	38
圖5- 2風速5 m/s之平均風壓係數	38
圖5- 3風速6 m/s之平均風壓係數	39
圖5- 4風速7 m/s之平均風壓係數	39
圖5- 5風速8 m/s之平均風壓係數	40
圖5- 6風速9 m/s之平均風壓係數	40
圖5- 7風速10 m/s之平均風壓係數	41
圖5- 8風速11 m/s之平均風壓係數	41
圖5- 9風速12 m/s之平均風壓係數	42
圖5- 10風速13 m/s之平均風壓係數	42
圖5- 11風速14 m/s之平均風壓係數	43
圖5- 12 風速4 m/s到 14 m/s下擾動風壓係數	44
圖5- 13方柱在穩態流下平均阻力係數	45
圖5- 14方柱在穩態流下擾動風壓係數	46
圖5- 15方柱在穩態流下極值升力係數	46
圖5- 16方柱在穩態流下史特赫數	47
圖5- 17穩態流下4m/s到14m/s之阻力係數	48
圖5- 18圓柱在不同雷諾數下阻力係數 (莊禮賢, 尹協遠, 馬暉揚, 2009)	49
圖5- 19圓柱在4m/s到14m/s之擾動升力係數	50
圖5- 20圓柱在4m/s到14m/s之極值升力係數	50
圖5- 21圓柱在4m/s到14m/s之史特赫數	51
圖5- 22加速氣流下圓柱與方柱停滯點之風壓係數(左)、dt=2s穩態流與加速氣流誤差百分比(右) ，圓柱(上)、方柱(下)。	55
圖5- 23加速氣流下圓柱與方柱分離點之風壓係數(左)、dt=2s穩態流與加速氣流誤差百分比(右) ，圓柱(上)、方柱(下)。	56
圖5- 24加速氣流下圓柱與方柱背風面之風壓係數(左)、dt=2s穩態流與加速氣流誤差百分比(右) ，圓柱(上)、方柱(下)。	56
圖5- 25加速氣流下圓柱與方柱停滯點之擾動風壓係數(左)、dt=2s穩態流與加速氣流誤差百分比(右) ，圓柱(上)、方柱(下)。	57
圖5- 26加速氣流下圓柱與方柱分離點之擾動風壓係數(左)、dt=2s穩態流與加速氣流誤差百分比(右) ，圓柱(上)、方柱(下)	58
圖5- 27加速氣流下圓柱與方柱背風面之擾動風壓係數(左)、dt=2s穩態流與加速氣流誤差百分比(右)，圓柱(上)、方柱(下)。	58
圖5- 28加速氣流下圓柱與方柱阻力係數(左)、dt=2s穩態流與加速氣流誤差百分比(右)，圓柱(上)、方柱(下)。	60
圖5- 29加速氣流下圓柱與方柱之阻力係數	60
圖5- 30加速氣流下圓柱與方柱在dt=2s之集合擾動升力係數	61
圖5- 31加速氣流下圓柱與方柱在dt=2s、dt=5s之集合極值升力係數	61
圖5- 32加速氣流下圓柱體dt=2s隨時間變化之史特赫數	63
圖5- 33加速氣流下圓柱dt=2s之史特赫數	64
圖5- 34加速氣流下圓柱dt=5s之史特赫數	64

附圖 1不同流場與三個深寬比之係數(取自Masson,2019)	70
附圖 2各Case風速歷時(取自Masson，2019)	71
附圖 3各Case加速度歷時(取自Masson，2019)	71
附圖 4圓柱C1在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合風壓係數	72
附圖 5圓柱C2在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合風壓係數	72
附圖 6圓柱C3在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合風壓係數	73
附圖 7圓柱C4在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合風壓係數	73
附圖 8圓柱C5在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合風壓係數	74
附圖 9圓柱C6在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合風壓係數	74
附圖 10圓柱C7在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合風壓係數	75
附圖 11圓柱C8在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合風壓係數	75
附圖 12圓柱C9在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合風壓係數	76
附圖 13圓柱C10在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合風壓係數	76
附圖 14圓柱C11在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合風壓係數	77
附圖 15圓柱C12在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合風壓係數	77
附圖 16圓柱C14在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合風壓係數	78
附圖 17圓柱C13在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合風壓係數	78
附圖 18圓柱C15加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合風壓係數	79
附圖 19圓柱C16加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合風壓係數	79
附圖 20圓柱C17加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合風壓係數	80
附圖 21圓柱C18在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合風壓係數	80
附圖 22圓柱C19在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合風壓係數	81
附圖 23圓柱C1在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合擾動風壓係數	81
附圖 24圓柱C2在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合擾動風壓係數	82
附圖 25圓柱C3在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合擾動風壓係數	82
附圖 26圓柱C3在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合擾動風壓係數	83
附圖 27圓柱C4在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合擾動風壓係數	83
附圖 28圓柱C6在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合擾動風壓係數	84
附圖 29圓柱C7在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合擾動風壓係數	84
附圖 30圓柱C8在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合擾動風壓係數	85
附圖 31圓柱C9在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合擾動風壓係數	85
附圖 32圓柱C10在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合擾動風壓係數	86
附圖 33圓柱C11在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合擾動風壓係數	86
附圖 34圓柱C12在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合擾動風壓係數	87
附圖 35圓柱C13在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合擾動風壓係數	87
附圖 36圓柱C14在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合擾動風壓係數	88
附圖 37圓柱C15在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合擾動風壓係數	88
附圖 38圓柱C16在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合擾動風壓係數	89
附圖 39圓柱C17在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合擾動風壓係數	89
附圖 40圓柱C18在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合擾動風壓係數	90
附圖 41圓柱C19在加速氣流下dt=2s、dt=5s之集合擾動風壓係數	90
附圖 42小波濾波程式	91

附圖A- 1圓柱體迎風面	93
附圖A- 2圓柱體分離點前	93
附圖A- 3圓柱體分離點後	93
附圖A- 4加速氣流下圓柱dt=2s隨時間變化之風壓係數(-5~0秒)	94
附圖A- 5加速氣流下圓柱dt=2s隨時間變化之風壓係數(0~5秒)	95

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