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研究生:黃震宇
研究生(外文):Jen-Yu Huang
論文名稱:渦漩對翼片性能影響之研究
論文名稱(外文):Vortex Effect on the Performance of Hydrofoil
指導教授:陳政宏陳政宏引用關係
指導教授(外文):jeng-Horng Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:造船及船舶機械工程學系
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:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:59
中文關鍵詞:渦漩垂直螺槳升阻力量測
外文關鍵詞:vortexHydrofoil
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本研究主要是以實驗的方式了解有關流場中渦漩對於翼片之升阻力和效率的影響;我們利用NACA0012的模型做為量測的翼片。在迴流水槽中做升阻力之量測,了解渦漩對翼片的影響。首先我們先量測迴流水槽所產生的流場是否速度分佈均勻,防止因它變因的發生,降低對實驗所帶來的誤差。之後我們再觀察利用翼片所產生之渦漩的運行軌跡,了解流場經翼片後渦漩所產生的位置為何。再量測翼片受力的大小,進而分析其量測數據,判斷出渦漩所帶來之影響。結果中顯示,升力的確受到渦漩的影響,且當渦漩的強度越強時,其現象越是明顯;阻力方面卻會因為渦漩而使得其阻力變大,換言之,在效率方面而言,渦漩對效率有不好的影響,其影響會因為渦漩的強度而有差異。期望能將發現之結果應用在相關的翼片機構上,如垂直螺槳,使其設計上更有助於效率的提昇,減少振動和噪音的產生。
The blade-vortex interaction was studied experimentally to develop away to improve the efficiency of vertical propeller that is usually designed with uniform inflow assumption. Two NACA0012 hydrofoils were used to conduct the experiment in a circulating water tank. The mean velocities of inflow were from 0.5m/s to 1.6m/s. The first blade with fixed attack angle was used to generate wakes with vorticies. The second blade was set in the wake of the first one with attack angle from 5 degree to 17degree. Its lift and drag force were measured by a three-component force-moment meter in both uniform inflow and wake by reducing attack angle, especially is due to the second blade’s recovery of energy in the first blade’s wake. It is also found that small attack angle cases have higher efficiency. Our present experimental result is accordant to previous numerical simulation result. The result can be used to improve the design of pitch angle of vertical propeller blades when rotating to the downstream half circle.
摘要 Ⅰ
目錄 Ⅱ
圖目錄 Ⅳ
表目錄 Ⅶ
符號說明 Ⅷ
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 文獻回顧 2
1-3 研究目的 7
第二章 實驗方法 9
2-1實驗設備 9
2-1-1翼片模型 9
2-1-2迴流水槽 11
2-2實驗儀器 12
2-2-1電磁式流速測量計與壓差轉換器 12
2-2-2三分力矩儀 14
2-3實驗方法 15
2-3-1迴流水槽速度分佈測量 15
2-3-2流場可視化 17
2-3-3翼片升力與阻力之量測 18
第三章 實驗結果與討論 21
3-1 回流水槽速度分佈結果與討論 21
3-2流場可視化 23
3-3翼片升阻力之結果與討論 24
第四章 結論 28
參考文獻 30
附錄 58

圖目錄
圖1-2-1 傳統垂直螺槳之外觀 32
圖1-2-2 傳統垂直螺槳之作動方式 33
圖1-2-3 垂直螺槳葉片軌跡與前進比之關係 34
圖1-2-4 典型的垂直螺槳葉片俯仰角隨位置變化之情形 34
圖2-1-1 NACA0012翼片示意圖 35
圖2-1-2 迴流水槽意圖 36
圖2-2-1(a) 電磁式流速計量測端 37
圖2-2-1(b) 壓差轉換器示意圖 37
圖2-2-2 三分力矩示意圖 38
圖2-3-1 壓差計與電磁式流速計校正圖 38
圖2-3-2(a) 壓差計校正圖 39
圖2-3-2(b) 翼片在回流水槽量測之示意圖 40
圖3-1-1(a)迴流水槽速度0.39m/s前剖面橫向分析 41
圖3-1-1(b)迴流水槽速度0.39m/s中剖面橫向分析 41
圖3-1-1(c)迴流水槽速度0.39m/s後剖面橫向分析 41
圖3-1-2(a)迴流水槽速度1.0m/s前剖面橫向分析 42
圖3-1-2(b)迴流水槽速度1.0m/s中剖面橫向分析 42
圖3-1-2(c)迴流水槽速度1.0m/s後剖面橫向分析 42
圖3-1-3(a)迴流水槽速度0.39m/s前剖面縱向分析 43
圖3-1-3(b)迴流水槽速度0.39m/s中剖面縱向分析 43
圖3-1-3(c)迴流水槽速度0.39m/s後剖面縱向分析 43
圖3-1-4(a)迴流水槽速度1.0m/s前剖面縱向分析 44
圖3-1-4(b)迴流水槽速度1.0m/s中剖面縱向分析 44
圖3-1-4(c)迴流水槽速度1.0m/s後剖面縱向分析 44
圖3-2 固定翼片(攻角7度)跡流中的渦漩 45
圖3-3-1單翼片升力與速度之關係圖 46
圖3-3-2兩翼片相距1000mm之升力與速度之關係圖 46
圖3-3-3兩翼片相距500mm之升力與速度之關係圖 47
圖3-3-4兩翼片相距250mm之升力與速度之關係圖 47
圖3-3-5單翼片之阻力與速度之關係圖 48
圖3-3-6兩翼片相距1000mm之阻力與速度之關係圖 48
圖3-3-7兩翼片相距500mm之阻力與速度之關係圖 49
圖3-3-8兩翼片相距250mm之阻力與速度之關係圖 49
圖3-3-9單翼片升阻比與速度之關係圖 50
圖3-3-10兩翼片相距1000mm之升阻比與速度之關係圖 50
圖3-3-11兩翼片相距500mm之升阻比與速度之關係圖 51
圖3-3-12兩翼片相距250mm之升阻比與速度之關係圖 51
圖3-3-13兩翼片相距1000mm攻角變化對升阻比影響與速度關係圖 52
圖3-3-14兩翼片相距500mm攻角變化對升阻比影響與速度關係圖 52
圖3-3-15兩翼片相距250mm攻角比變化對升阻比影響與速度關係圖 52
圖3-3-16入流渦漩強度對小角度升力與速度關係圖 53
圖3-3-17入流渦漩強度對小角度阻力與速度關係圖 53
圖3-3-18入流渦漩強對對小角度效率與速度關係圖 53
圖 3-3-19單翼片之升力係數與翼片攻角之關係圖 54
圖 3-3-20兩翼片相距1000mm之升力係數與翼片攻角之關係圖 54
圖 3-3-21兩翼片相距500mm之升力係數與翼片攻角之關係圖 55
圖 3-3-22兩翼片相距250mm之升力係數與翼片攻角之關係圖 55
圖 3-3-23單翼片之阻力係數與翼片攻角之關係圖 56
圖 3-3-24兩翼片相距1000mm之阻力係數與翼片攻角之關係圖 56
圖 3-3-25兩翼片相距500mm之阻力係數與翼片攻角之關係圖 57
圖 3-3-26兩翼片相距250mm之阻力係數與翼片攻角之關係圖 57

表目錄
附表1 量測升阻力之標準差 59
1.Harvald, Sv.A.A (1983)Resistance and Propulsion of Ships,John Wiley & Sons, New York,U.S.A.
2.Zhu,D.M(1981) A Computational Method for Cycloidal Propellers, Int. Shipbuild. Progr., Vol. 28, pp.102-111.
3.Bose,N. and Lai, P.S.K.(1989) Experimental Performance of a Trochoidal Propeller with High-Aspect-Ratio Blades, Marine Technology, Vol. 26, No. 3, pp192-201.
4.Riijarvi, T., Li, J., Veitcj, B.J., and Bose, N.(1994) Experimental Performance and Comparison of Persence of Point Vortices,AAIA J,. Vol.34, No. 11, pp2315-2319.
5.Helsinki, Finland (1994)Experimental Performance and Comparison of Performance Prediction Methods for A Trochoidal Propeller Model, Int. Shipbuild. Progr.,Vol. 41 No.426, pp113-136
6.Streitlien, K., Triantafyllou, G.s. and Triantafyllou, M.S(1995) Force and Moment on a Joukowski Profile in the Presence of Point Vortices,AAIA J., Vol. 33, No.4, pp. 603-610.
7.You,Z.X. and Liu, D.D(1998) Vortex Dynamics of Blade Interaction, AIAA J., Vol.336, No.4, 497-504.
8.Poling, D.R. and Dadone, L.(1989) Blade-Vortex Ineeraction, AIAA J., Vol. 27, No.6, pp.694-699.
9.Gopalkrishnan, R., Triantafyllou, G.S., Triantafyllou, M.S. and Barrett, D. (1994) Active Vorticity Control in a Shear Flow Using a Flapping Foil, J. Fluid Mech., Vol. 274,pp.1-21.
10.Knut Streitlien, Georeg S. Triantafyllou and Micheal S. Triantafyllou.(1996)Efficient Foil Propulsion Through Vortex Control, AIAA J.,Vol. 34, No.11, pp.2315-2319.
11.“(1984)成大水平循環船舶實驗用迴流水槽簡介”,成大造船工程學報,第十二期。
12.莊書豪、吳嘉容 (1997) 尾流場波動渦漩列對俯仰機翼流場之影響分析,中興大學機械系碩士論文。
13.陳政宏、黃震宇 (2000) 低噪音之垂直螺槳之研究,行政院農業委員會八十八年下半年度及八十九年度試驗研究計劃報告。
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