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Please use this identifier to cite or link to this item: http://ntour.ntou.edu.tw:8080/ir/handle/987654321/42290

Title: 並行翼葉片流場特性應用於群組風機之效能提升
Authors: 閻順昌
Contributors: 國立臺灣海洋大學:機械與機電工程學系
Keywords: 流動調制;並行葉片;間隙;風機效能;群組風機
Date: 2013
Issue Date: 2017-05-08T01:23:17Z
Publisher: 行政院國家科學委員會
Abstract: 摘要:本計畫書擬議一個系統性的實驗方法,利用並行葉片與葉片(Side-by-side blade)間隙(Gap ratio)變 化的被動式流體調控機制,進行對單一風機及群組風機(Wind farm)效能提升之研究。申請人基於目前 進行多級數轉子(Multi-stage rotary rotors)縱列排列(Tandem)方式的調控研究,及先前對於風扇散熱、機 翼氣動力特性、鈍體間不同排列等的研究與實務經驗;發現葉片與葉片之間的幾何配置,決定了風機 效能。因此可藉由葉片與葉片的配置,及葉片攻角、翼根掠角(Sweep angle)、翼尖上反角(Dihedral angle) 與雷諾數條件下,提升風機效能。本計畫將嘗試,如能以「應用」層面的觀點,結合申請人先前研究 的結果,在葉片翼尖為梢小翼(Winglet)角度及翼根為不同掠角的變化下,發展調控葉片間不同幾何配 置的設計,進而增進風機效能(Wind-turbine efficiency)之提升;最後研究群組風機效能之提升,將風機 與風機本體間的距離因素加以探討,相信在能源開發上有極高的價值與應用。 有鑑於此,在此專題研究計畫中;第一年中,進行變化並行葉片與葉片(Side-by-side blade)間隙之 流動控制方式,以葉片左、右不同構置於風洞測試區,進行並行葉片間隙及葉片攻角、雷諾數研究。 藉由調制葉片間隙進而改變表面流場與提高氣動力性能,並同時回饋將翼尖梢小翼上反角及翼根為不 同掠角的影響一併加入探討。研究方式將以煙線流場可視化技術、油膜觀察葉片與葉片間表面流場的 特徵模態、拓樸理論的分析應用;及以熱線風速儀偵測葉片與葉片間的流場行為,包含由壓力及速 度梯度所產生的渦街(Vortex street)及剪流層不穩定波(Shear layer instability)之間機制的差異。PIV系統 以量化的量測時間相關的非穩態流之演化過程以及與漩渦尾流之交互作用;利用六力平衡儀量測氣動 力性能。將流體穿過並行葉片不同間隙比時,葉片的表面流場、尾流行為、與氣動力特性的關聯性做 討論。找出並行葉片間隙比的最佳值,將結果延續給下一年度計畫,進行風力發電時之測試。 第二年中,回饋與彙整前一年所得到的結果,在葉片與葉片間隙比、翼尖梢小翼上反角及翼根掠 角的結果調控流場條件下;結合設計、開模、製造出實體風機,直接進行風力發電之測試。過程中, 將風機構置於風洞測試區,進行風機效能(Wind-turbine efficiency)發電研究;以風機葉片驅動步進馬達 做為發電機使用,類永磁式發電機原理;並以線圈在固定磁場中轉動產生電流脈波,經倍壓器轉為直 流電壓輸出;再將電力輸入至充電電路系統中。實驗過程以不同轉速、風速、風向條件下擷取風力發 電系統產生的電壓與電流,並計算風能產生的功率。並輔以風機理論分析推算最佳效能之風力發電。 可以預期的,直接進行風力發電之測試的效果與風機葉片的流場特性,將可回饋至前一年風機葉片幾 何配置的控制機構。 第三年中,回饋前一年所得到的結果,以實體風機進行風力發電條件下,進行群組風機(Wind farm) 的流場特性及電力性能之研究。過程中,將九組風機以 3 × 3陣列形式(Wind-turbine array)構置於風洞 測試區,進行不同風機與風機間距、自由流速與紊流大小、及轉速不同所產生交互作用下,所產生的 流場特性及電力性能之研究。研究方式將以煙線流場可視化技術、拓樸理論的分析應用,判讀陣列風 機間的流場行為,是否有相互干涉的影響;及以熱線風速儀偵測陣列風機的流場性質,包含速度的 分布、紊流強度與自由流風速、風機轉速與尾流頻率特性間的關係;以噪音分貝計(Decibel-meter) 偵測陣列風機所產生的噪音強度,輔以瞭解陣列風機對環境生態之影響。可以預期的,陣列風機的流 場特性及電力性能之研究,將可回饋至前二年風機葉片幾何配置的控制機構。本計畫最終將以探討改 善風機葉片幾何配置機構與群組風機風力發電的效能相結合。將單一風機的設計方法,與群組風機間 在固定面積設限內的間距規範,作有系統相關性的統整與討論。研究結果將在科學意義的呈現及實際 應用的層面有相當的意義。
URI: http://ntour.ntou.edu.tw:8080/ir/handle/987654321/42290
Appears in Collections:[機械與機電工程學系] 研究計畫

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