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階梯狀摩擦起電電極與卡門渦流交互作用之研究

為了解決風速流量計的問題，作者李洋翰 這樣論述：

本文主要目的在探討階梯狀摩擦起電電極與圓柱卡門渦街(Kármán vortex street)的流場交互作用以及應用渦流流量計的可能性。當圓柱後方的渦流溢散頻率在雷諾數 時，Strouhal Numberm 約為0.2的固定值，因此渦流震盪頻率會與風速成正比關係。若摩擦電極隨渦流震盪則摩擦起電訊號的震盪頻率即可量測風速。 本文針對矩形管道內圓柱後方之階級狀摩擦起電電極結構流場進行風洞實驗量測與有線元素模擬計算。有限元素模擬計算軟體使用COMSOL，分析的數值為2維模型。分析模型的主要參數為管道高對直徑比H/D=8.33、 =4000、階梯狀模型位於圓柱後方2D與3D距離位置。使

用定溫式熱線風速儀(HWA)量測結果顯示階梯狀電極模型位於圓柱後方2D與3D距離位置時電極處風速震盪頻率分別為300Hz、335Hz與數值模擬計算結果顯示一致。實驗與計算結果皆顯示階梯模型越接近圓柱時渦流震盪頻率越小，但因離圓柱較近，因此氣流振幅越大，反之，當圓柱與模型遠離一段距離時(約在圓柱後3D距離處)，回到初始單一圓柱渦漩剝離頻率，但頻率振幅因模型對渦流結構的阻礙且隨著距離越遠壓力損失越大，因此振幅越小。實際設置摩擦片與電極與模型上時，2D與3D距離位置頻率處的摩擦起電電壓信號震盪頻率為170Hz和180Hz 。摩擦片拍打頻率未能達到預期結果，僅約為估算值一半左右。此現象可能與摩擦片的慣

性與彎曲強度導致摩擦片運動遲滯有關。但與無摩擦片結果相同，越接近圓柱的階梯模型摩擦起電信號振幅越大，但頻率愈小。當風速變化時摩擦起電訊號不需外部電力且檢出容易，可望成為新型的風速流量計。