風工程科普
大氣邊界層
當大氣狀況條件為中性(neutral),亦即大氣垂直向之溫度梯度(temperature gradient)等於絕熱傾率(adiabatic lapse rate),且由於地面粗糙摩擦影響,使得吹過地面之風呈現紊流(turbulence)流況,同時在地表面形成一邊界層(boundary layer),稱為中性大氣紊流邊界層(neutral turbulent boundary layer)。由於人類活動與相關工程建設,幾乎都在大氣邊界層內範圍進行,因此風工程研究分析探討有關風之特性、風場環境、空氣污染大氣擴散、以及風與結構物或建築物之互制作用等等,也都侷限於在該邊界層範圍內。
風洞實驗
1960至1980年代初期,以風洞模型實驗為主要研究方法的風工程研究大體在此一時期內打下紮實基礎。在911事件中崩塌的紐約World Trade Center、芝加哥Sears Tower是超高層建築在大氣邊界層風洞中完成風洞模擬實驗的先驅。至今,高層建築與大跨徑纜索支撐橋梁進行風洞實驗早已被工程界普遍接受。除了大跨徑結構物的風力效應之外,建築物的室內外通風換氣,煙囪排氣的大氣擴散等的風洞模擬,也受到廣泛的注意與研究,並得到很好的成果。
淡江大學風洞實驗室
中央大學風洞實驗室
內政部建築研究所風洞實驗室
雷射光頁可視化(蕭葆羲教授提供)
國立海洋大學風洞實驗室(蕭葆羲教授提供)
資料提供:黎益肇
強風作用下高層建築物的振動(朱佳仁, 2006)
計算風工程
為因應「計算流體力學」(computational fluid dynamics; CFD)在風工程領域中之快速發展,並突顯數值模擬(numerical simulation)計算在風工程問題解析上漸形重要之大勢所趨,於1992年日本東京舉辦的研討會中,邀集了世界各國之學者專家,除就CWE相關之研究成果作經驗之交換外,並對CWE未來之應用與展望作一確立。 CFD與CWE都是應用數值解析的方法探討工程問題的途徑。但在專注的範疇上,CFD著重於所有流體動力學(航空、熱傳、化工、空氣動力、水力等)問題之解析,對象為流體,屬科研與應用與並重;CWE則偏重於與風力相關實際工程問題之探討,對象不僅限於流體(風),甚而包括流體(風)與結構振動互制效應(interaction)等相關動力學問題之探討。在現階段,CWE應較著重於工程應用。