本研究目的是探討傳統渦輪型通風器與由我們改良過後的改良型通風器之吸風特性做比較。我們的改良型通風器是將渦輪通風器的上蓋移除，並更換為一款低壓通風裝置。首先使用CATIA繪製兩款通風器外型，接著使用FLUENT針對兩款通風器在不同高度底座受風時轉動及不轉動的情況下進行模擬，並就結果進行分析。模擬結果顯示渦輪型通風器在低底座不轉動時，會產生倒灌現象，而改良型通風器則一樣保有吸風效果；在轉動時，改良型通風器在各風速吸風效果都優於傳統型通風器，尤其在低風速時效果最佳。在底座加高至16公分時，傳統型通風器在不轉動時的倒灌情況有所改善，而改良型通風器的抽風效果在底座加高後也有大幅度的成長。

This research numerically investigated air extraction performance of rooftop ventilators, including the conventional turbine ventilator and a modified ventilator. This newly developed ventilator is modified from the conventional ventilator, where its top cover is removed and replaced by a low-pressure ventilation device. A Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis is performed to explore the flow fields around and inside the rotating and non-rotating ventilators, and the air extraction performance. The air extraction rate is obtained from the mean velocity at the inlet of an open channel, connected to a ventilation tube. Results show that the modified ventilator exhibits better ventilation effects than the conventional one at all of the investigated wind speeds, especially at low speeds. When the ventilator is not rotating, the modified ventilator is still able to extract air out of the ventilator, while the conventional ventilator has negative air extraction rate. However, when the base is increased to 16 cm, the conventional ventilator exhibits positive air extraction rate when not rotating.

目錄
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 屋頂通風器簡介 6
1.3 文獻回顧 8
1.4 研究目的 10
第二章 數學及理論分析 12
2.1 概論 12
2.2 基本假設 12
2.3 統御方程式 13
2.4 有限體積法 14
第三章 數值模擬物理模型 16
3.1 模型建立 16
3.2 網格繪製 18
3.3 邊界條件設定 20
3.4 求解器設定 21
3.5 求解步驟 24
第四章 數值模擬結果與討論 26
4.1 數值模擬與實驗驗證 26
4.2 網格獨立性分析 28
4.3 改變低壓裝置外型 31
4.4 靜態模擬結果 36
4.5 動態模擬結果 64
4.6 改變底座高度結果 85
第五章 結論及未來展望 88
5.1 結論 88
5.1 未來展望 90
參考文獻 91
附錄A 94

圖目錄
圖1-1 風壓通風示意圖 4
圖1-2 熱壓通風示意圖 5
圖1-3 機械通風之通風形式 5
圖1-4 自然通風渦輪型屋頂通風器 7
圖1-5 自然通風靜態屋頂通風器 7
圖2-1 二維有限體積法控制體積示意圖 15
圖3-1 傳統渦輪通風器物理模型 17
圖3-2 3+3型改良通風器物理模型 17
圖3-3 模擬之計算域 17
圖3-4 模擬之計算域及邊界條件(側視圖) 18
圖3-5 模擬計算域名詞示意圖 18
圖3-6 計算域網格剖面圖(傳統通風器) 19
圖3-7 計算域網格剖面圖(改良型通風器) 20
圖3-8 網格偏斜角分布圖 20
圖3-9 數值模擬流程圖 25
圖4-1 傳統及改良通風器之抽風特性數值與實驗比較圖 27
圖4-2 通風器實驗轉速比較圖 27
圖4-3 5公分底座網格獨立性分析圖 29
圖4-4 10公分底座網格獨立性分析圖 29
圖4-5 16公分底座網格獨立性分析圖 30
圖4-6 20公分底座網格獨立性分析圖 30
圖4-7 低壓通風裝置 32
圖4-8 4.5+2型及3+3型低壓裝置外型 32
圖4-9 3+3改良型通風器壓力分佈圖 33
圖4-10 4.5+2改良型通風器壓力分佈圖 33
圖4-11 改良型通風器平面位置平移示意圖 34
圖4-12 3+3改良型通風器速度向量圖(向Y軸平移2CM) 34
圖4-13 3+3改良型通風器速度向量圖(向Y軸平移-2CM) 35
圖4-14 4.5+2改良型通風器速度向量圖(向Y軸平移2CM) 35
圖4-15 4.5+2改良型通風器速度向量圖(向Y軸平移-2CM) 36
圖4-16 各通風器不轉動時通風特性比較圖 39
圖4-17 傳統型通風器壓力圖(無轉動，上視圖) 40
圖4-18 傳統型通風器壓力圖(無轉動，側視圖) 40
圖4-19 改良型通風器壓力圖(無轉動，上視圖) 41
圖4-20 改良型通風器壓力圖(無轉動，側視圖) 41
圖4-21 傳統型通風器尾流圖(無轉動，上視圖) 42
圖4-22 傳統型通風器尾流圖(無轉動，側視圖) 42
圖4-23 改良型通風器尾流圖(無轉動，上視圖) 43
圖4-24 改良型通風器尾流圖(無轉動，側視圖) 43
圖4-25 傳統型通風器速度向量圖(無轉動，上視圖) 44
圖4-26 傳統型通風器速度向量圖(無轉動，向Y軸平移5CM) 44
圖4-27 傳統型通風器速度向量圖(無轉動，側視圖) 45
圖4-28 傳統型通風器速度向量圖(無轉動，向Y軸平移-5CM) 45
圖4-29 傳統型通風器監測口速度向量圖(無轉動，向Y軸平移2CM) 46
圖4-30 傳統型通風器監測口速度向量圖(無轉動，側視圖) 46
圖4-31 傳統型通風器監測口速度向量圖(無轉動，向Y軸平移-2CM) 47
圖4-32 改良型通風器速度向量圖(無轉動，上視圖) 47
圖4-33 改良型通風器速度向量圖(無轉動，向Y軸平移5CM) 48
圖4-34 改良型通風器速度向量圖(無轉動，側視圖) 48
圖4-35 改良型通風器速度向量圖(無轉動，向Y軸平移-5CM) 49
圖4-36 改良型通風器監測口速度向量圖(無轉動，向Y軸平移2CM) 49
圖4-37 改良型通風器監測口速度向量圖(無轉動，側視圖) 50
圖4-38 改良型通風器監測口速度向量圖(無轉動，向Y軸平移-2CM) 50
圖4-39 16公分柱高各通風器不轉動時通風效果比較圖 52
圖4-40 16CM柱高傳統型通風器壓力圖(無轉動，上視圖) 53
圖4-41 16CM柱高傳統型通風器壓力圖(無轉動，側視圖) 54
圖4-42 16CM柱高改良型通風器壓力圖(無轉動，上視圖) 54
圖4-43 16CM柱高傳改良型通風器壓力圖(無轉動，側視圖) 55
圖4-44 16CM柱高傳統型通風器尾流圖(無轉動，上視圖) 55
圖4-45 16CM柱高傳統型通風器尾流圖(無轉動，側視圖) 56
圖4-46 16CM柱高改良型通風器尾流圖(無轉動，上視圖) 56
圖4-47 16CM柱高改良型通風器尾流圖(無轉動，側視圖) 57
圖4-48 16CM柱高傳統型通風器速度向量圖(無轉動，上視圖) 57
圖4-49 16CM柱高傳統型通風器速度向量圖(無轉動，向Y軸平移5CM) 58
圖4-50 16CM柱高傳統型通風器速度向量圖(無轉動，側視圖) 58
圖4-51 16CM柱高傳統型通風器速度向量圖(無轉動，向Y軸平移-5CM) 59
圖4-52 16CM柱高傳統型通風器監測口速度向量圖(無轉動，向Y軸平移2CM) 59
圖4-53 16CM柱高傳統型通風器監測口速度向量圖(無轉動，側視圖) 60
圖4-54 16CM柱高傳統型通風器監測口速度向量圖(無轉動，向Y軸平移-2CM) 60
圖4-55 16CM柱高改良型通風器速度向量圖(無轉動，上視圖) 61
圖4-56 16CM柱高改良型通風器速度向量圖(無轉動，向Y軸平移5CM) 61
圖4-57 16CM柱高改良型通風器速度向量圖(無轉動，側視圖) 62
圖4-58 16CM柱高改良型通風器速度向量圖(無轉動，向Y軸平移-5CM) 62
圖4-59 16CM柱高改良型通風器監測口速度向量圖(無轉動，向Y軸平移2CM) 63
圖4-60 16CM柱高改良型通風器監測口速度向量圖(無轉動，側視圖) 63
圖4-61 16CM柱高改良型通風器監測口速度向量圖(無轉動，向Y軸平移-2CM) 64
圖4-62 各通風器轉動時通風效果比較圖 66
圖4-63 傳統型通風器壓力圖(轉動，上視圖) 67
圖4-64 傳統型通風器壓力圖(轉動，側視圖) 67
圖4-65 改良型通風器壓力圖(轉動，上視圖) 68
圖4-66 改良型通風器壓力圖(轉動，側視圖) 68
圖4-67 傳統型通風器尾流圖(轉動，上視圖) 69
圖4-68 傳統型通風器尾流圖(轉動，側視圖) 69
圖4-69 改良型通風器尾流圖(轉動，上視圖) 70
圖4-70 改良型通風器尾流圖(轉動，側視圖) 70
圖4-71 傳統型通風器速度向量圖(轉動，上視圖) 71
圖4-72 傳統型通風器速度向量圖(轉動，向Y軸平移5CM) 71
圖4-73 傳統型通風器速度向量圖(轉動，側視圖) 72
圖4-74 傳統型通風器速度向量圖(轉動，向Y軸平移-5CM) 72
圖4-75 改良型通風器速度向量圖(轉動，上視圖) 73
圖4-76 改良型通風器速度向量圖(轉動，向Y軸平移5CM) 73
圖4-77 改良型通風器速度向量圖(轉動，側視圖) 74
圖4-78 改良型通風器速度向量圖(轉動，向Y軸平移-5CM) 74
圖4-79 16公分柱高各通風器轉動時通風效果比較圖 76
圖4-80 16CM柱高傳統型通風器壓力圖(轉動，上視圖) 77
圖4-81 16CM柱高傳統型通風器壓力圖(轉動，側視圖) 77
圖4-82 16CM柱高改良型通風器壓力圖(轉動，上視圖)	78
圖4-83 16CM柱高改良型通風器壓力圖(轉動，側視圖)	78
圖4-84 16CM柱高傳統型通風器尾流圖(轉動，上視圖)	79
圖4-85 16CM柱高傳統型通風器尾流圖(轉動，側視圖)	79
圖4-86 16CM柱高改良型通風器尾流圖(轉動，上視圖)	80
圖4-87 16CM柱高改良型通風器尾流圖(轉動，側視圖)	80
圖4-88 16CM柱高傳統型通風器速度向量圖(轉動，上視圖) 81
圖4-89 16CM柱高傳統型通風器速度向量圖(轉動，向Y軸平移5CM) 81
圖4-90 16CM柱高傳統型通風器速度向量圖(轉動，側視圖) 82
圖4-91 16CM柱高傳統型通風器速度向量圖(轉動，向Y軸平移-5CM) 82
圖4-92 16CM柱高改良型通風器速度向量圖(轉動，上視圖) 83
圖4-93 16CM柱高改良型通風器速度向量圖(轉動，向Y軸平移5CM) 83
圖4-94 16CM柱高改良型通風器速度向量圖(轉動，側視圖) 84
圖4-95 16CM柱高改良型通風器速度向量圖(轉動，向Y軸平移-5CM) 84
圖4-96 底座高度對通風器影響比較圖 86
圖4-97 16CM底座傳統型通風器不轉動通風效果示意圖 87

表目錄
表1-1 空氣品質指標 3
表1-2 建築物最小換氣需求量 4
表4-1 傳統及改良之抽風量數值與實驗數據 26
表4-2 各類型改良通風器抽風量比較 32
表4-3 通風器於5CM底座不轉動時通風效果 39
表4-4 通風器於16CM底座不轉動時通風效果 53
表4-5 通風器於5CM底座轉動時通風效果 66
表4-6 通風器於16CM底座轉動時通風效果 76
表4-7 通風器於不同高度底座時通風效果 86

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[13] Nguyen, Q. Y., Nguyen, T. B and Phuong, H., “Performance testing and comparison of a turbine ventilator, a vent column and their combination under thermal and buoyancy and wind effects”, International Journal of Engineering, Vol. 6, No.2, pp. 2012, 86-95.
[14] 楊恭年，屋頂通風器空氣動力學特性實驗與理論探討，淡江大學航空太空工程研究所碩士論文， 2017。
[15] FLUENT6.3 User’s Guide. 2006.