臺灣博碩士論文加值系統

摘 要
本文主研究水平式小型風力機葉片最佳化設計，以三葉式為主軸，探討葉片的翼形與扭轉角度設計，如何在同一葉片長度，掃風半徑1米下，擷取風能獲得最佳扭力值並優化之。翼形方面加入環境因子考量，選取升力係數對翼表面粗糙度改變較不敏感翼形，使用NACA4408、4412、4415作為比較研究。本論文最佳化設計以Workbench CFX流場模擬分析作為最佳化設計，風速環境以每秒6 米做為最佳化設定條件，設計一三葉式風力機葉片以適合中台灣區域使用，能兼具低風速啟動性與高扭力。經CFX 運算結果比較，此三翼形扭力擷取隨翼剖面厚度增加成正比，其中以NACA4412較為優出，在低風速每秒3 米環境下有20 N*m的扭力值，其扭矩結果僅小於NACA4415 翼形設計0.6%，又兼具重量輕薄優點。

關鍵字：風力機葉片、葉片角度、風力發電、NACA Airfoil。

ABSTRACT
The purpose of this thesis is to design a set of optimal blades for small wind turbines. For a three blade turbine, NACA airfoils and the twist angle of blades are studied to obtain the maximum power from the wind for blades with 1 m radius. Since lift coefficients correlate with surface roughness concern, we study the 4 digital NACA airfoil types, i.e., NACA 4408、4412、4415. This thesis is based on Workbench CFX computation in the condition of wind velocity 6 m/s to find out the optimal design for starting to work in the low wind velocity and obtaining the maximum torque in the field of middle Taiwan. After the evaluation of CFX data, as increase of airfoil thickness can capture more power of wind energy. Superior concern, NACA 4412 airfoil can be used for weight and power.

Keyword : Blade of wind turbines, blade angle, wind turbine, NACA airfoil.

目錄
摘 要 I
ABSTRACT II
第一章 緒論 1
1.1研究動機 1
1.2風能的歷史 1
1.3風力機發電原理 3
1.4論文架構 3
第二章 風力發電機類別架構 4
2.1風力機機型 4
2.2風力機結構 7
第三章 小型風力機發展與風場評估 9
3.1小型風力機發展評估 9
3.2風能密度的定義 9
3.3台灣平均風能密度與風速分布 10
3.4風力機地點評估 11
3.5台灣區域風力分析評估 13
3.6 本章結論 13
第四章葉片翼形與CFX的分析 15
4.1葉片氣動特性 15
4.2 NACA 4 字與5字 翼型定義 15
4.3升力係數與阻力係數定義 19
4.4 NACA翼形文獻回顧 20
4.5風力機葉片設計 37
4.6 CFX最佳化邊界條件設定步驟 38
4.7 NACA 4408/4412/4415翼形比較 42
4.8 NACA 4412翼形葉片角度最佳化數據分析 43
4.9 WORKBENCH GOAL DRIVEN OPTIMIZATION 分析 45
4.10結論 52
第五章 總結 53
5.1. 重要結論 53
5.2 未來展望 53
參考文獻 54

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