風工程

序

第一章 風之簡介 001
1-1　大氣層與其垂直分層結構 004
1-2　氣壓與風 008
1-3　科氏力效應與作用於風之力 011
1-4　地面風帶、季風與噴射氣流 017
1-5　風速、風向與風力等級分類 019
1-6　風速測站與量測儀器 026
1-7　 地轉風、梯度風、熱帶風暴與旋衡風之運動力學分析031
1-8　颱風 038
1-9　海風與陸風 049
1-10　山風與谷風 051
1-11　焚風、欽諾克風與布拉風 051
1-12　龍捲風 054
1-13　雷暴風、下暴風與重力風（下吹風） 057
1-14　風災 060
1-15　風驅雨 064
問題與分析 070
參考文獻 082

第二章 大氣邊界層內風速特性 087
2-1　大氣紊流邊界層 089
2-2　平均風速剖面 091
2-3　地表粗糙與地形改變對平均風速剖面之影響 101
2-4　回歸期與再現風速 107
2-5　紊流強度剖面 111
2-6　雷諾應力 114
2-7　紊流積分尺度 117
2-8　陣風因子 121
2-9　風譜 123
問題與分析 137
參考文獻 143

第三章 風力能源—綠色電力 149
3-1　永續環保能源—風能 151
3-2　世界其他國家風能歷史狀況簡介 152
3-3　台灣之風能歷史簡介 153
3-4　平均風速統計特性分析 157
3-5　風能與風能密度 168
3-6　風能計算模式 171
3-7　陸域或海岸之風力機位址選擇與注意事項 179
3-8　海域離岸風力環境特性、開發注意事項與開發實例 183
3-9　海域離岸式風力發電在臺灣之未來推展分析探討 192
3-10　風能轉換分析 193
3-11　風力機構造與特性及性能參數 194
3-12　風力機理論效率與風力機發電系統效率分析 201
3-13　風力田單位發電投資成本經濟分析 208
3-14　中小型風力發電 209
問題與分析 211
參考文獻 212

第四章 風蝕、防風及風對蒸發與波浪之影響 217
4-1　風蝕 219
4-2　風積沙與風吹沙 227
4-3　沙塵暴與揚塵及海岸飛沙 233
4-4　防風設施種類與特性 236
4-5　防風牆（柵）之風場特性 238
4-6　防風（林）帶之風場特性 253
4-7　防風網下游處之風場特性 257
4-8　風與蒸發 263
4-9　風生浪與風驅流 265
4-10　颱風引生波浪現象之特性 268
問題與分析 271
參考文獻 278

第五章 綠風水—建築風環境與通風 285
5-1　綠風水—建築環境風場 287
5-2　建築物周遭環境風場氣流的特性 288
5-3　環境風場之行人風之評估 296
5-4　通風原理與應用 303
5-5　建築物之通風與換氣 305
5-6　建築物之通風設計 311
5-7　建築風影 316
5-8　都市通風改善—風廊道 317
問題與分析 323
參考文獻 331

第六章 風與污染物之大氣稀釋擴散 335
6-1　風對大氣污染擴散之效應 337
6-2　大氣穩定度對煙囪排放污染煙柱擴散之效應 340
6-3　煙柱之上升現象（前期擴散） 343
6-4　煙柱之大氣擴散（後期擴散） 348
6-5　風與煙囪下洗 367
問題與分析 369
參考文獻 373

第七章 結構物之氣動力、氣彈力與風載重分析 379
7-1　氣動力現象 381
7-2　風對二維結構物作用效應—壓力、阻力與升力 388
7-3　三維結構物表面風壓 396
7-4　氣彈力現象 401
7-5　結構物抗風減振對策與方法 407
7-6　風載重分析 410
7-7　建築物表面風壓特性實驗分析 416
7-8　海洋工程結構物抗風設計 434
問題與分析 437
參考文獻 450

第八章 風洞試驗與模擬 457
8-1　風工程使用之風洞概述 459
8-2　 開放式風洞設計—國立臺灣海洋大學之環境風洞案例概述 460
8-3　風洞模擬實驗之理論分析 466
8-4　風洞模型試驗研究與應用案例 471
8-5　風洞相似性模擬試驗 492
問題與分析 499
參考文獻 506
 

序

　　風工程（WIND ENGINEERING）是一門新興的工程學科，顧名思義乃是在地球表面上舉凡與風有關之相關工程問題，皆包括在其研究探討範圍內。事實上它包含了氣象學、氣候學、流體力學、空氣動力學、結構動力學、建築工程、海洋工程以及環境工程（空氣污染、風環境）等，因此也是上述各學科之綜合與交叉。

　　因此風工程其主要係研究探討在地球大氣邊界層內之風與人類在地球表面，包含陸地及海洋之各式工程活動之間的相互作用與影響。研究分析進行方法，包括有使用理論、計算、現場量測以及實驗等方式單獨或交叉分析推演研究。概略區分兩面向：(1) 環境風工程、(2) 結構風工程。

　　更進一步具體而言，風工程研究與應用探討內容標的包括有：

　　1. 大氣邊界層內風之特性與統計性質。例如工程設計所需之區域性長年風或強風之紊流統計特性以及風譜分布變化。

　　2. 風對建築物與結構物之作用。例如對於風載重、氣動力現象、氣彈力現象、通風等之影響效應及變化。

　　3. 風引起之質量包括氣體、液體或固體形式等之運移。例如氣懸性空氣污染物或重質有害氣體之擴散、延散與傳輸，風沙或風雪造成之相關環境問題。

　　4. 風力能源之開發利用，包括如何開發利用在陸上以及海域之風能。

　　5. 局部風環境與工程微氣候，包括陸上大型開發案社區造鎮，以及海岸工業區或海域人工島開發之風環境影響特性。

　　6. 風對社會經濟之影響。例如颱風、颶風、龍捲風等所形成之風災對整個社會國家經濟之影響。

　　7. 各式運輸工具或載具之空氣動力行為。例如車輛、巴士、火車及水上船舶等氣動力特性之風阻係數、升力係數等。

　　8. 其他相關體育運動，諸如滑雪、賽車、帆船之空氣動力學等問題。

　　本書為風工程入門概念性之簡介，冀提供有興趣進入風工程領域探索之學子或從事工程設計者之研讀與參考，並歡迎同好者不吝賜予建議及指正。