臺灣博碩士論文加值系統

本研究構想源自於能有效利用具高壓氣源之工具或載具，利用微型空心軸渦輪轉子，在高壓氣流通過轉子時，擷取氣流的能量，可藉由渦輪轉子結合永久磁鐵轉動來驅動微型發電機組，而不需作軸功輸出，可應用於各種洩壓裝置或高壓氣體鋼瓶產生電能。
本研究主要設計輸出機械功率大於150瓦之微型氣動發電機之空心軸渦輪轉子，以計算流體力學(CFD)模擬來定量分析及預測微型氣動空心軸渦輪可輸出之機械功率與效率，並進行流場分析，瞭解影響渦輪轉子性能之因素，提出改善方向；完成微型氣動渦輪之機構設計，可進行實驗量測扭力，將實驗量測數據與模擬結果互相比對驗證，完成微型氣動渦輪發電系統之轉子設計與測試研究。

Pressure expansion is required in many process applications, and the excess process energy ends up being dissipated as heat. An Example is the throttling process of compressed air systems. Using a micro air turbine generator that can produce electricity under pressure expansion, the wasted energy can be recovered.
This paper proposes a millimeter-scale air turbine which can be used for electric generation. The air turbine is based on a single-stage axial reaction turbine with a rated rotational speed of 100,000 RPM and a rated mechanical power output of 150 W.
A CFD software (STAR-CCM+) was used to predict the performance of the micro air turbine at different operating conditions. Losses due to skin friction and geometry factor are discussed. The completed rotor assembly of the micro air turbine was tested to measure the performance.

目錄
摘要 I
Abstract II
誌謝 III
表目錄 VI
圖目錄 VII
符號說明 IX
下標說明 XI
第一章、 緒論 1
1-1、 前言 1
1-2、 研究動機 1
1-3、 研究目的 2
1-4、 文獻回顧 2
第二章、 微型渦輪機之基礎理論 6
2-1、 相異型式渦輪機之比較 6
2-1-1、 徑向式渦輪 6
2-1-2、 軸流式渦輪 6
2-2、 軸流式渦輪機之熱力學與流體力學 7
2-2-1、 渦輪機之熱力站位計算 7
2-2-2、 渦輪機之二維理論分析[10][11] 8
2-3、 渦輪機相關之無因次參數 10
2-4、 渦輪機效率 11
第三章、 研究方法 13
3-1、 設計分析流程 13
3-2、 微型氣動渦輪系統設計 13
3-2-1、 空心軸轉子設計說明 13
3-2-2、 工作流體之狀態方程式 14
3-2-3、 速度三角形與各站位之熱力性質 14
3-3、 CFD數值模擬方法 15
3-3-1、 流道幾何模型與網格模型建立 15
3-3-2、 物理模型與求解設定 16
3-3-3、 邊界條件 17
3-3-4、 收斂殘值 18
第四章、 結果與討論 19
4-1、 微型氣動渦輪機構設計 19
4-2、 零件加工方式 20
4-3、 CFD數值模型驗證 21
4-4、 CFD模擬結果分析 22
4-4-1、 流場分析 22
4-4-2、 數值模擬結果之效率分析 23
第五章、 結論與建議 26
5-1、 結論 26
5-2、 未來建議 27
參考文獻 28
附錄 60

參考文獻
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