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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:鍾碧帆
研究生(外文):Pi-Fan Chung
論文名稱:LED熱能結合小型風力發電之研究
論文名稱(外文):Study of Small Wind Power System Powered by LED Thermal Energy
指導教授:汪啟茂汪啟茂引用關係
指導教授(外文):Chii-Maw Uang
學位類別:碩士
校院名稱:義守大學
系所名稱:電子工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:79
中文關鍵詞:文氏管熱能風能節能減碳
外文關鍵詞:ANSYS-fluentVenturi TubeThermal EnergyWind EnergyCarbon Reduction
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隨著科技進步,各種便利生活之產品相應而生。但能源的使用量也日益增大,因此如何開發能源為現今一大課題。而目前各種節能產品的問題就是成本太高,即使環保節能,但卻也難以推行,所以我們鎖定以政府為開發單位的公共工程做起。路燈為耗電力大的基本公共設施因此選定路燈為研究對象。將節能之LED路燈結合風力發電使其達到更為優化,LED燈的難題就是背板散熱的部分。如果我們可以將LED背板產生之熱能加以利用,除了增進風力發電之效能外還可加強散熱,對整個機組來說是一舉兩得。本論文重點為在路燈之背管上加裝一組小型風力發電機,並輔以一個以文氏管概念設計之導管,使得熱能循導管散失且壓縮風能之流通力。且燈罩為玻璃材質,在白天時可利用太陽能達到熱力之循環。夜晚LED燈啟動照明時,則會自行發熱產生熱力,只要LED背板金屬材質之部份產生熱能,由於熱空氣會上升之原理來產生風,因此就會帶動扇葉之轉動。利用ANSYS-Fluent等流體力學模擬軟體來分析熱能以及風能之流動,進而設計可以擷取兩者能量之扇葉,且效能達到最佳化。經由反覆測試後讓熱力與風力達到一個平衡使得風力發電機能日以繼夜轉動流暢。
As technology advances, a variety of products facilitate the life consequentially. Increasingly consumed energy becomes a major issue today, and energy saving subject is widely discussed. At present, the problem is that a variety of energy-saving products are too expensive to be accepted by masses. Taking the public works as the started target is a good ideal. Among those public works, the street lighting is in the first place that consumed the most energy, and the LED street lighting becomes the first candidate for implementing energy saving device. The thermal dissipation of the LED lamp is a headache problem. On the other hand, if we can collect this thermic energy to transfer into wind energy to rotate small wind generator, a double benefit is been created. A small wind generator mounted on the LED thermal dissipation plate is studied in this thesis. Started from a conceptual design, a Venturi tube is used to guiding the thermic through the Venturi pipe, so the thermal flow can rotate the wind generator. To enhance the pipe function, an outer hood is designed to form a flow field to conduct the heated wind. During the day time, the sun energy can also be collected to form a thermal channel that also goes through the Venturi tube. During the evening and night, LED is powered on, the dispelled heat can easily flow through the pipe. The simulation tools, such as AutoCad, ANSYS and Fluent CFD simulation software, are used to analyze the flow of thermal energy and wind energy. The finished work can successfully catch the heat and wind energy. We hope the designed energy saving device can run smoothly night and day.
中文摘要I
英文摘要III
誌謝IV
目錄V
圖目錄VIII
表目錄X
第一章 緒論1
1-1 前言1
1-1.1 廉價卻危險的核能1
1-1.2 何為潔淨能源?2
1-1.3 台灣風能發展之概況2
1-1.4 風能發展之瓶頸2
1-1.5 LED燈發展情況3
1-1.6 LED燈散熱問題3
1-1.7 風力發電葉片演化4
1-2 文獻回顧4
1-3 研究動機與目的12
1-4 論文架構13
第二章 基礎理論14
2-1 流體力學基礎14
2-1.1 空氣動力學14
2-1.2 邊界層流動14
2-1.3 柏努利方程式15
2-2 文氏管17
2-3 熱能轉換18
2-4 透鏡應用原理18
2-4.1 凸透鏡原理19
2-4.2 凹透鏡原理19
2-4.3 光學聚焦20
2-5 風力發電機葉片20
第三章 實驗方法與流程24
3-1 系統架構24
3-2 設計步驟25
3-3 實驗流程26
3-4 軟體簡介28
3-4.1 AutoCAD2009 28
3-4.2 SolidWorks2011 29
3-4.3 Ansys 13.0-Fluent流體力學模擬軟體30
3-5 CFD基礎31
3-5.1 CFD數學模式31
第四章 實驗結果與量測35
4-1 結構分析35
4-2 3D建模36
4-2.1 LED燈組模型建立37
4-2.2 文氏管燈罩模型建立39
4-2.3 垂直軸葉片模型建立39
4-2.4 部件組合43
4-3 文氏管效能模擬44
4-4 葉片效能模擬50
4-4.1 葉片數量:5片50
4-4.2 葉片數量:7片54
4-4.3 葉片數量:9片57
4-4.4 葉片數量:11片59
第五章 結果與討論61
5-1 文氏管效能分析61
5-2 葉片效能分析62
第六章 未來展望67
參考文獻68
圖目錄
圖1-1.國際油品價格月比較趨勢圖(美金/桶)1
圖1-2.燈具分解圖5
圖1-3.燈杯示意圖6
圖1-4.燈杯散熱片6
圖1-5.燈杯立體視圖7
圖1-6.LED散熱組8
圖1-7.LED內部結構9
圖1-8.LED分解圖10
圖1-9.LED結構圖11
圖2-1.沿著流線分量圖15
圖2-2.凸透鏡圖19
圖2-3.凹透鏡圖19
圖2-4.玻璃遮罩之透鏡設計20
圖2-5.風力發電葉片演化21
圖2-6.風力發電葉片22
圖2-7.葉片設計22
圖3-1.系統方塊圖24
圖3-2.整體架構25
圖3-3.實驗流程圖27
圖3-4.AutoCAD 28
圖3-5.SolidWorks 29
圖3-6.ANSYS 30
圖3-7.質量守恆系統32
圖3-8.動量守恆系統33
圖3-9.能量守恆系統34
圖4-1.LED燈具模型圖35
圖4-2.文氏管構造35
圖4-3.特徵樹36
圖4-4.LED散光罩37
圖4-5.LED燈軸37
圖4-6.散熱鰭片38
圖4-7.LED模型組38
圖4-8.文氏管模型39
圖4-9.葉片草圖40
圖4-10.裁切基準面40
圖4-11.葉片裁切圖41
圖4-12.單葉片模型41
圖4-13.葉片旋轉特徵42
圖4-14.葉片模型42
圖4-15.模型架構完成43
圖4-16.模組下視圖(左);上視圖(右)43
圖4-17.燈罩導入ANSYS平台44
圖4-18.填充模擬空間45
圖4-19.流入以及流出面46
圖4-20.編輯網格47
圖4-21.編輯網格完48
圖4-22.模擬計算48
圖4-23.模擬結果49
圖4-24.環境設定50
圖4-25.邊界設定51
圖4-26.產生網格51
圖4-27.檢查網格52
圖4-28.模擬計算52
圖4-29.模擬結果53
圖4-30.環境設定54
圖4-31.邊界設定54
圖4-32.產生網格55
圖4-33.模擬計算55
圖4-34.模擬結果56
圖4-35.環境設定57
圖4-36.產生網格57
圖4-37.模擬計算58
圖4-38.模擬結果58
圖4-39.環境設定59
圖4-40.邊界設定59
圖4-41.模擬計算60
圖4-42.模擬結果60
圖6-1.導流加速模型67
表目錄
表2-1.熱傳導係數18
[1]中國百科網:http://www.chinabaike.com/article/316/327/2007/2007022258996_2.html
[2]中華民國專利資訊檢索:http://twpat.tipo.gov.tw/
[3]古揮廷,白光LED光源模擬應用與設計,義守大學,98年6月
[4]台灣歐特克:http://www.autodesk.com.tw/adsk/servlet/pc/index?siteID=1170616&id=14977606
[5]江志宏,熱傳導專區:http://www.kson.com.tw/chinese/study_25.htm
[6]余勝元,LED散熱燈杯,中華民國發明專利099300686,99年2月
[7]宋文恭,LED散熱結構,中華民國發明專利099202376,99年2月
[8]虎門科技:http://www.cadmen.com/Page/
[9]施銘銓;林於金;黃子欣,LED燈泡之散熱座,中華民國發明專利096141299,96年11月
[10]浦廣益,ANSYS Workbench 12 基礎教程與實例講解,2010年10月,中國水利水電出版社
[11]張希良 主編,郭興家 張勝雄 林矩民 編修,風力發電技術,2007年9月,新文京開發出版股份有限公司
[12]陳桂芳,高功率輕量化最大熱對流LED散熱座,中華民國發明專利100200499,100年1月
[13]游啟聰,台灣風力發電發展現況與未來,2008年12月,工研院產經中心
[14]馮欣仁,先探雜誌1625期,2011年6月
[15]經濟部能源局:http://www.moeaboe.gov.tw/
[16]維基百科:http://zh.wikipedia.org/wiki/
[17]盧雄飛,發光二極體模組之散熱裝置,中華民國發明專利099204069,99年3月
[18]Cengel Cimbala,邱漢傑 章哲寰 葉紘維 譯,流體力學,2006年9月,高立圖書有限公司
[19]SolidWorks官方網站:http://www.solidworks.com.cn/default.htm
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