臺灣博碩士論文加值系統

風力是人類最早使用的能源之ㄧ，早期風能常被轉換成機械能，應用於取代人為的費力工作，例如帆船航行、汲水灌溉及穀粒磨碎等等。現代科技可以進一步將風力轉換成電力，大幅改善了風能的儲存方式並提升其應用價值。本文以垂直軸式風力發電機的葉片設計為主題，期望找出設計葉片的最佳化參數，可充分利用風能以提升風力發電機的性能。
為了解轉子葉片的各種設計參數對風能擷取效率的影響，本文將利用計算流體力學軟體CFdesign來進行流場的數值模擬和計算，並採用田口實驗法(Taguchi Method)，經由實驗設計與直交表分析找出阻力式葉片的最佳設計參數。其次探討改變葉片數目、間距、幾何外型和傾斜角度對升力型轉子葉片的扭力輸出特性的影響，藉以提供設計高效能垂直軸式風力發電機之參考。

The wind power is one kind of energy which the humanity uses most early. Earlier, wind energy is often converted into mechanical energy, used to finish human laborious work, such as sailing ship navigation, drawing water, grinding grain and so on. The modern science and technology may further transform the wind energy into the electrical energy, and improve the performance of wind energy storage and increase its application. This article take the vertical axis wind turbine blade design as a subject, and hoping to find optimal design parameters of the blades can make full use of wind power so as to enhance the performance of wind power generators.
In order to understand that the various design parameters of the rotor blades to the flow field and wind energy capture efficiency, the fluid dynamics software CFdesign is utilized in this work to simulate and analyze the flow field. To find the best design parameters of the resistance-type blades, the Taguchi Method is utilized with the experiments of orthogonal arrays. Finally, the torque output characteristics of the lift- type blades is discussed with the different parameters of blade number, spacing and geometric shape. This article hoped that by way of blade design, and then provides high-performance vertical axis wind Turbine (VAWT) reference.

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌 謝 iii
目 錄 iv
表 目 錄 vii
圖 目 錄 ix
符號索引 xi
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 風力發電史及現況 1
1.3 研究動機與方法 7
第二章 風力機之基本理論 11
2.1 風力發電之概論 11
2.2 風的產生 11
2.2.1 受地理環境所影響的風能 13
2.2.2 風的測量 14
2.2.3 風能密度與高度變化 15
2.2.4 風向及風速（Wind Direction and Wind Speed） 17
2.3 風力機發電的分類 19
2.3.1 阻力型垂直軸風車 19
2.3.2 阻力型水平軸風車 19
2.3.3 升力型垂直軸風車 20
2.3.4 升力型水平軸風車 21
2.4 風機構造與專有名詞解釋 23
2.4.1 風力機設計原理 23
第三章 風力機之空氣動力學理論 25
3.1 流體力學及空氣動力學的相關理論 25
3.1.1 風力機之空氣動力學 25
3.1.2 貝茲動量定律 26
3.1.3 驅動盤概念（Actuator Disc Concept） 29
3.1.4 轉子盤理論（Rotor Disc Theory） 32
3.1.5 轉子葉片理論（Rotor Blade Theory） 36
3.2 垂直軸風力機之空氣動力學 42
第四章 研究方法和田口法理論 45
4.1 研究方法 45
4.2 基本假設 45
4.3 數值邊界條件設定 45
4.4 進出口的邊界條件設定 46
4.5 網格之建立 46
4.5.1 網格驗證 46
4.5.2 葉片與流道間之網格建立 47
4.6 葉片性能最佳化設計 47
4.7 田口方法之理論 48
4.8 參數種類與設計 50
4.9 直交表 51
4.10 信號雜訊比 51
4.11 變異分析與回應圖 52
第五章 結果與討論 54
5.1 阻力型風力機之基本分析 54
5.2 阻力型風力機之田口分析 63
5.3 升力型風力機之基本分析 73
第六章 結論 85
6.1 結論 85
參考文獻 86
簡 歷 89

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