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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:賴柏升
研究生(外文):Bo-Sheng Lai
論文名稱:中心開放式水平軸水渦輪機的數值分析
論文名稱(外文):Numerical Analysis of Performance for an Open-Center Horizontal Axis Water Turbine
指導教授:楊敏雄
指導教授(外文):Min-Hsiung Yang
口試委員:呂學信
口試委員(外文):Syue-Sinn Leu
口試日期:2014-07-16
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄海洋科技大學
系所名稱:造船及海洋工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:99
中文關鍵詞:中心開放式海流發電水平軸渦輪葉片葉片尖端速度比
外文關鍵詞:Open-centerMarine current turbineHorizontal axis tidal current turbineOpen-center, Tip speed ratio
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台灣東部海域有流速穩定且能量豐沛之黑潮,是未來發展海洋再生能源之重要場域,而性能優良之渦輪葉片為發展海流能的基本要項之一,在利用海洋能方面,水平軸渦輪葉片的性能係數比垂直軸葉片高,因此本研究採用水平軸渦輪葉片為主要的葉片分析。
本研究是以計算流體力學之套裝軟體ANSYS-FLUENT分析開放式水平軸葉片的性能,以三維的模擬來獲得在不同的尖端速度下,海流流經葉片的流線分佈、葉片表面上的壓力分佈。當海流流速固定,探討葉片不同轉速和轉矩,進而求得葉片最高的能量係數及對應的最佳轉速。進一步探討不同主要參數對葉片的影響,包括葉片數目、葉片的間距角以及葉片的直徑比。得到分別在最佳葉片的數目、最佳葉片的間距角以及最佳葉片的直徑比情況下的葉片最佳的轉速及最大的能量係數。最後所發展的開放式水平軸渦輪葉片幾何參數可應用於海流能發電,期待能為將來發展海流能之渦輪葉片性能設計與製作方面提供良好的評估基礎。


The Kuroshio Current which is an important field of ocean renewable energy, with steady velocity and plentiful energy potential flows along the eastern coast of Taiwan. Superior performance of a turbine is an important and essential factor to extract the marine current energy. Horizontal axis turbines which have higher performance factor than vertical axis turbines, are suitable for marine current energy utilization.
The aim of this study is to investigate the turbine performance of an open-center turbine by applying the commerical code ANSYS-fluent CFD in three dimensional simulation. The streamline distributions of marine current and pressure distributions on the blades of the turbine are obtained with various tip speed ratio for a open-center turbine. With a fixed current speed, the influence of turbine rotational speed on torque are investigated to evaluate the power coefficient of the open-center turbine. In additional, the effects of blades number, pitch angle and turbine diameter on power coefficients of the open-center turbine are analyzed and compared to obtain a maximal performance with the corresponding optimal tip speed ratio. The findings of this paper are expected to provide a favorable foundation in implementing of marine current turbine.

圖目錄 IV
表目錄 VII
摘要 VIII
符號表 X
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 國內外研究發展 7
1-2-1 水帄軸 7
1-2-2 垂直軸 12
1-3 研究動機與目的 15
1-4 研究方法 16
第二章 理論分析和模擬方程式 22
2-1 貝茲限制 22
2-2 葉片理論分析 25
2-3 葉片受力分析 29
2-3-1 升力 29
2-3-2 阻力 30
II
2-3-3 壁上之剪應力 30
2-3-4 摩擦阻力係數 31
2-3-5 推力 32
2-3-6 轉矩 33
2-4 邊界層 34
2-5 雷諾數 35
第三章 數值分析 41
3-1 數值方法 41
3-2 幾何參數 43
3-3 前處理 43
3-3-1 幾何建立 43
3-3-2 網格獨立 44
3-4 主要計算流程 45
3-4-1 設定流體模式 45
3-4-2 設定邊界條件 46
3-4-3 計算流程 48
3-4-4 監控值設定和初始化 49
3-5 圖形後處理 50
III
第四章 結果與討論 57
4-1 流場分析 57
4-1-1 流線場分析 57
4-1-2 葉片表面壓力分析 57
4-1-3 速度場分析 59
4-1-4 壓力場分析 60
4-1-5 動量場分析 61
4-2 葉片轉矩與轉速的關係 63
4-3 能量係數分析 62
4-4 間距角最佳化分析 63
4-5 葉片數目最佳化分析 64
4-6 直徑比最佳化分析 68
第五章 結論與未來展望 68
5-1 結論 92
5-2 未來展望 94
文獻回顧 95
公開發表 99

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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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