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系統識別號 U0002-2908200715373400
中文論文名稱 濱海地形自然風場特性之實場監測─及風洞實驗之驗證
英文論文名稱 Field measurement and the validation of wind tunnel test of the coastal terrain
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 土木工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Civil Engineering
學年度 95
學期 2
出版年 96
研究生中文姓名 周士安
研究生英文姓名 Shih-An Chou
學號 694310029
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2007-07-17
論文頁數 73頁
口試委員 指導教授-鄭啟明
委員-蕭葆羲
委員-陳振華
委員-吳重成
委員-張正興
中文關鍵字 自然風場  實場監測  紊流特性  定常性分析  經驗模態分解法  風洞實驗 
英文關鍵字 wind profile  field measurement  turbulence characteristics  non-stationary analysis  EMD method  wind tunnel 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 我國規範風場特性依據ASCE-7相關規定所訂定。然而我國設計風速主要受颱風影響,與美國大陸型氣候不盡相同。ASCE-7地況分類標準未必能正確地反應本土的地況分類以及風場特性,須進一步探討風力規範標準地況的分類標準以及應用自然風場之實場監測以驗證之。本研究在淡水濱海地區建立邊界層特性的實場監測站,取得颱風與東北季風的實測數據。本文提出颱風實測數據的分析方法與包括風速剖面、紊流特性、陣風因子等重要風場特性,可供未來風力規範修正之參考。並進行風洞實驗驗證實場監測得到結果。

由本文之研究結果可知,平均風速強度對風速剖面指數值有些許的影響紊流強度隨著風速增加而遞減,而順風向積分尺度長度則隨著風速增加而遞增,Karman經驗頻譜公式作為代表該地自然風場特性的建議參數值。經由發展完成的風洞實驗,可得知該實驗風場特性並與實場監測結果做比較,擁有不錯相似性
英文摘要 This paper aims to investigate the terrain classification and the wind characteristics of the strong wind defined in the building wind code. Since the nature of complex terrain and city type in Taiwan is quite different from those in US, the terrain classification in the current building wind codeamy be different from ASCE7-02. Therefore, it is most urgent that these distinct local characteristics are accurately reflected in the building wind code. The analysis framework for the field measurement program is also constructed. Results from the field measurement indicate that the mean velocity gradient obtained from the field is higher than expected and the absolute mean wind speed cast only insignificant effect on the turbulence. Based on the in-situ data, a set of turbulence parameters and an empirical Harris-Karman type spectrum are recommended.


The results show that the level of mean wind speed casts minor influence on its profile; higher the wind speed, lower the power law exponential coefficient. The level of mean wind speed bears no noticeable effect on the characteristics of turbulence such as degree of turbulence intensity and integral length scale. The recommended turbulence parameters for strong wind during typhoon are listed in the paper. Wind tunnel simulated turbulent boundary layer can produce accurate mean wind speed and turbulence intensity profiles.

論文目次 目錄
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究方法 2
1.3 研究內容 2
1.4 論文架構 3
第二章 文獻回顧 5
2.1 大氣邊界層流場之風洞模擬 5
2.2 雷諾數效應 6
2.3 風洞實驗之阻塞效應 7
2.4 數據定常性評估 7
2.5 EMD於非定常性數據之應用 9
2.6 頻譜經驗公式 11
第三章 理論背景 12
3.1 大氣邊界層流場之特性 12
3.1.1 平均風速剖面 12
3.1.2 紊流強度 14
3.1.3 紊流長度尺度 15
3.1.4 擾動風速頻譜 16
3.1.5 縱向速度擾動的交頻譜(cross-spectra) 17
3.2 隨機數據處理 18
3.3 鈍體氣動力現象 20
3.4 平均風速與擾動風速計算................................ 22
3.5 風速資料處理 22
3.6 尖峰因子(Gust Factor) 22
第四章 實驗監測與實驗之設置 24
4.1 實驗監測儀器配置 25
4.2 數據採樣 25
4.3 風洞設備 27
4.4 大氣邊界層流場之模擬...................................25
4.5 風速量測 28
4.6 地況描述 29
4.7 模型製作 28
4.8 實驗數據及採樣分析 29
第五章 實場監測結果與風洞實驗比較 31
5.1 實場監測結果 31
5.1.1 平均風速剖面.......................................31
5.1.2 紊流強度探討 32
5.1.3 紊流尺度探討.......................................33
5.1.4 擾動風速自頻譜探討.................................33
5.1.5 擾動風速交頻譜探討 34
5.1.6 尖峰因子探討 34
5.2 風洞實驗結果 35
5.2.1 平均風速剖面 35
5.2.2 紊流特性 36
第六章 結論與建議 37
6.1 結論 37
6.2 建議 39
參考文獻 40



圖目錄
圖(1-1) 颱風路徑圖 47
圖(2-1) 統計圖表 47
圖(2-2) 經驗模態分解圖 47
圖(3-1) m隨Zo遞增之關係圖 47
圖(3-2) 鈍體分離流及渦漩示意圖 47
圖(3-3) 碧利斯颱風單筆一小時風速歷時圖 47
圖(3-4) 圖(3-3)中歷時曲線經EMD過濾調整後之歷時圖.................... 48
圖(3-5) 現地風速記錄統計表 49
圖(3-6) 數據分析流程 50
圖(4-1) 淡水中央電台位置圖……………………………………………………51
圖(4-2) 風速計架設示意圖 54
圖(4-3) 淡江大學結構氣動力風洞實驗室平面圖 55
圖(4-4) 地況C及地況A之 (1)平均風速 (2)紊流強度(3) 長度尺度 剖面 56
圖(4-5) 決定擾流板之高度與寬度之經驗曲線圖 54
圖(4- 6) 地況C與地況A之邊界層模擬圖……………………………………… 55
圖(4-7) 地況C及地況A之錐形擾流板設計尺寸圖 56
圖(4-8) 模擬邊界層流場之粗糙元素尺寸圖 57
圖(4-9) 監測站周遭地況 58
圖(4-10) 東北方向5km地形地貌模型 59
圖(5-1) 不同風速範圍下的風速剖面(ENE wind (30°~60°)) 60
圖(5-2) 颱風V.S.季風的風速剖面(ENE wind (30°~60°)) 60
圖(5-3) 不同風速範圍下的紊流強度剖面(ENE wind (30°~60°)) 61
圖(5-4) 颱風V.S.季風的紊流強度剖面 (ENE wind (30°~60°)) 61
圖(5-5) 不同高程之順風向紊流強度(ENE wind (30°~60°)) 62
圖(5-6) 不同風速範圍下的紊流尺度剖面 (ENE wind (30°~60°)) 63
圖(5-7) 颱風V.S.季風的紊流尺度剖面(ENE wind (30°~60°)) 63
圖(5-8) 100公尺高程處紊流參數比較表, ENE wind (30°~60°) 64
圖(5-9) 紊流頻譜:(a)順風向;(b)橫風向;(c)垂直向 65
圖(5-10-1) 實場尖峰因子與[Durst]值之比較 66
圖(5-10-2) 尖峰因子的線性擬合式 67
圖(5-11) 東北方2.5km長地形建物模型 68
圖(5-12) 實場與風洞實驗比較(風速剖面) 69
圖(5-13) 實場與風洞實驗比較(紊流強度剖面) 70
圖(5-14) 實場與風洞實驗比較(紊流尺度剖面) 71
圖(5-15) 實場與風洞實驗比較(紊流尺度面)………………………………......72
圖(5-16) 交相關函數迴歸結果 73




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