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研究生:黃彥銘
研究生(外文):Yan-Ming Huang
論文名稱:不同照度下太陽熱能應用的模擬與分析
論文名稱(外文):Simulation and Analysis for Solar Thermal Applications with Various Irradiances
指導教授:陳建霖陳建霖引用關係
指導教授(外文):Jiann-Lin Chen
學位類別:碩士
校院名稱:義守大學
系所名稱:機械與自動化工程學系
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:2018
畢業學年度:106
語文別:中文
論文頁數:70
中文關鍵詞:太陽熱能落塵實驗數值模擬史特林引擎
外文關鍵詞:solar thermal energydustfall experimentnumerical simulationStirling engine
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地球能源終將趨竭,未來全球將面臨能源耗盡、環境汙染、暖化等威脅,如何尋求潔淨、環保又有效利用的再生能源,譬如太陽熱能,即是目前需正視的方向之一。然而大陸沙塵暴,以及本土原有的汙染,使空氣中的懸浮粒子加劇,以致台灣空氣品質日益惡劣,也影響到太陽的輻射光照射到地表上。本研究紀錄2017年4、5、6、7月各三十天之特定區的落塵量,利用落塵玻璃及加上菲涅爾透鏡,並藉由人造光源,提供穩定熱能,再利用照度計、熱電偶,量測不同天數下的輻照度與溫度變化,其中落塵玻璃在5月份的輻照度衰減率到達14.61%,輻照度平均下降95.5W/m2。實務應用上,我們利用落塵實驗的輻照度為邊界條件,數值模擬史特林引擎在無動件下的運作,模擬顯示其汽缸均溫最高可達到36˚C,最低則26˚C,且發現二維與三維模型的暫態溫度非常相似。本研究也利用Overset網格技術來進行史特林引擎有移氣器運動的模擬分析,可發現無動件和有動件的條件下,兩者溫度雖相似,不過速度分布有明顯差異,因此未來以Overset網格技術模擬實際史特林引擎的運作有其必要性。
The earth''s energy will eventually be exhausted. In the future, the world will face threats such as energy exhaustion, environmental pollution and warming. How to seek clean, environmentally friendly and efficient use of renewable energy, such as solar thermal energy, is one of the directions for us to move forward. However, the dust storm from China mainland and the local pollution have intensified the suspended particles in the air, resulting in the increasingly poor air quality in Taiwan, which also affects the irradiance of the sun on the earth surface. This study recorded the amount of falling dust in a specific area for 30 days in April, May, June and July of 2017. Dust-collecting glasses and a Fresnel lens to provide stable heat energy through an artificial light source were used. An illuminometer and thermocouples were adopted to measure the irradiance and temperature variations under different days. The irradiance decay rate on one dust-collecting glass reached 14.61% in May, and the irradiance decreased by 95.5W/m2 on average. In practical applications, we used the irradiance of the dust-falling experiment as the boundary conditions to numerically simulate the operation of the Stirling engine without movers. The simulated results show that the average temperature of the cylinder reaches 36˚C and the lowest is 26˚C. It also reveals that the temperature distributions of the transient 2D and 3D models are very similar. This study also used the overset mesh technology to carry out the simulations and analysis of the Stirling engine with the mover movements. It shows that under the conditions with/without the mover, the temperature distributions are similar, but the velocity vector distributions are obviously different. In the coming research, we recommend the overset mesh technology to simulate the operation of a Stirling engine in practical situations.
摘要 I
Abstract III
誌謝 V
總目錄 VI
圖目錄 VIII
表目錄 XI
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究動機 4
1.4 本文架構 5
第二章 實驗設備與方法 8
2.1 實驗設備 8
2.1.1 人造光源模擬燈具 8
2.1.2 菲涅爾透鏡 8
2.1.3 輕量化菲涅爾透鏡鏡架 8
2.1.4 優白玻璃 8
2.1.5 輕量化玻璃支撐鋁架 9
2.1.6 電子微量天秤 9
2.1.7 電源供應器 9
2.1.8 照度計 10
2.1.9 12點式溫度量測計 10
2.1.10 手術用PCV透明薄手套 10
2.1.11 高解析度紅外線熱像儀 11
2.1.12 落塵實驗收集平台 11
2.2 實驗方法 12
2.2.1 實驗程序與控制流程 12
2.3 實驗結果 14
第三章 數值方法 26
3.1 CAD設計模型 27
3.2 Overset網格使用理由 27
3.3 CFD設定参數 27
3.4 建立數值模型 28
3.5 數值網格建立 28
3.6 邊界條件 29
3.6.1 二維模型之邊界條件設定 29
3.6.2 三維模型之邊界條件設定 30
第四章 模擬結果與討論 39
4.1 史特林引擎模擬結果 39
第五章 結論與未來工作 52
5.1 結論 52
5.2 未來工作 53
參考文獻 54
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