再生能源中，風力發電在近年內成長的非常迅速，其中具有風向全方位、結構更簡易與安靜三種操作特性的垂直式軸向風機亦使用於風力發電。本文以有限體積法SIMPLE算則、k-ε紊流模式，結合滑動網格法，模擬出垂直式軸向風機在五種轉速及三種風速下的流場特性，並分析其氣動力參數，以作為未來垂直式軸向風力機之設計參考。研究結果發現，在流場的特性中，旋翼轉至上游時，翼面上之分離泡會有消失現象，使上下翼面前緣有較大的壓差現象，壓差越大力矩值也越大；當入風口速度增加時，較佳的力矩值速會隨著風速增加而轉速也增快；其周速比相同時其力矩值也會相似。當翼弦單位長度為1；半徑為2時，在設計上建議選用周速比1.25。

The development and application of wind power for renewable energy has been grown vigorously in recent years. With the characteristics of operating in all directions, simple structure and low rotating noise, the vertical axis wind turbine is also used in the production of electrical power. In this study, the different conditions included five kinds of rotating speeds and three kinds of wind speeds are used to simulate and analyze the flow field which caused by the vertical axis wind turbine. The SIMPLE finite volume method, the k-ε model and sliding mesh model are employed to solve and compare the complex flow field and the torque in each case. The purpose is to provide the fundamental flow phenomena caused by the rotating vertical fan and the design concept of vertical axial wind turbine in the future. In the results, we can observe that while the rotor rotates to the region of upper flow, the separation bubble on the surface of rotor disappears and causes the difference of pressure increased between top and bottom surfaces of rotor. Meanwhile, the torque will be heightened while the difference of pressure increased. The rotor’s rotating speed and torque also increased while the inlet velocity of flow speeded. However, the increased proportion of speed between rotating rotor and inlet flow is not entirely linear.

摘要…………………………………………………………………….…I
Abstract…………………………………………………………………..II
謝誌……………………………………………………………………..III
目錄……………………………………………………………………..IV
表目錄…………………………………………………………………..VI
圖目錄………………………………………………………………….VII
第1章 前言………………………………………………………….…..1
1.1研究動機及目的……………………………………………..1
1.1.1溫室效應的影響……………………………………...1
1.1.2再生能源……………………………………………...3
1.1.3風……………………………………………………...4
1.1.4風力發電……………………………………………...8
1.2文獻回顧……………………………………………………11
第2章 數學模式……………………………………………………….12
2.1統御方程式…………………………………………………12
2.2紊流模型……………………………………………………13
2.3壁面函數……………………………………………………15
2.4數值方法……………………………………………………16
2.4.1一階上風法………………………………………….17
2.4.2 SIMPLE演算法………………………………...…...18
2.5滑動格點(Sliding Mesh)……………………………………21
2.6周速比(Tip Speed Ratio，TSR)……………………………22
第3章 研究構型、格點系統與邊界條件…………………………….23
3.1研究構型與分析步驟………………………………………23
3.2幾何外型與格點系統………………………………………24
3.2.1幾何外型…………………………………………….24
3.2.2格機點系統………………………………………….26
3.3邊界條件之設定……………………………………………27
第4章 程式驗證分析………………………………………………….29
4.1不同計算域比較……………………………………………29
4.2三種紊流模式比較…………………………………………31
4.3不同的壁面格點間距………………………………………31
第5章 研究結果分析與討論………………………………………….35
5.1定風速不同轉速下之流場特性分析………………………35
5.2不同風速不同轉速下之力矩分析…………………………57
第6章 結論…………………………………………………………….63
參考文獻 .….…………………………………………………………...64
作者簡介 .………………………………………………………………67

參考文獻
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