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DC 欄位 | 值 | 語言 |
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dc.contributor.advisor | 郭真祥(Jen-Shiang Kouh) | |
dc.contributor.author | Yan-Cheng Chen | en |
dc.contributor.author | 陳彥呈 | zh_TW |
dc.date.accessioned | 2021-06-08T06:57:30Z | - |
dc.date.copyright | 2011-08-22 | |
dc.date.issued | 2011 | |
dc.date.submitted | 2011-08-15 | |
dc.identifier.citation | 參考文獻
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dc.identifier.uri | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/25952 | - |
dc.description.abstract | 本研究主要利用計算流體力學方法模擬陣風效應對水平軸風力發電機氣動力性能之影響,藉以觀察在停機狀態下轉子在不同位置以及不同陣風大小下的受力差異。本研究計算所使用之風力發電機幾何資料是以Harakosan公司所製造之2MW三葉型水平軸風力發電機z72為模擬目標,針對均勻入流、風剖面入流以及陣風條件等不同的入流條件,利用CFD計算軟體FLUENT模擬風力發電機在停機狀態下之受力影響。其中紊流模型採用Spalart-Allmaras之方程式,計算時在入流方向設定速度變化,配合不同入流條件之設定,計算出風力發電機於不同旋轉角度之受力變化。計算結果發現風力發電機受力值在均勻入流條件較風剖面入流高約50%,而陣風入流條件計算結果顯示,當陣風係數越大,風力發電機所受之正向力越大,且與速度的平方成正比。 | zh_TW |
dc.description.abstract | This study uses computational fluid dynamics (CFD) approach to simulate the effects of gusting winds on the aerodynamic performance of a horizontal axis wind turbine, specifically the forces acting on the turbine at standstill conditions with different gust factors and at rotational angles. The turbine goemetry adopted is a Harakosan z72 2MW three-bladed horizontal axis wind turbine. The inflow conditions chose for simulation are uniform inflow,logarithmic wind shear profile and gust condition, and the resulted aerodynamics loads are calculated by the FLUENT CFD software package by using the Spalart-Allmaras turbulence model. The results show that the wind loads on the turbine for uniform flow inflow condition exceed those of the logarithmic wind shear profile inflow condition by about 50%, while results under the gust inflow condition show that an increasing gust factor results in an incresase of the thrust on the wind turbine and the amount is proportional to the square of the inlet velocity. | en |
dc.description.provenance | Made available in DSpace on 2021-06-08T06:57:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ntu-100-R98525049-1.pdf: 7486723 bytes, checksum: 4e69e5b343cdbfd6aaf49fe0ea670ad9 (MD5) Previous issue date: 2011 | en |
dc.description.tableofcontents | 目 錄
致謝 i 摘要 i ABSTRACT ii 目 錄 iii 圖目錄 vi 表目錄 x 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 文獻回顧 4 1.3 研究目的與方法 5 1.4 論文架構 6 第二章 數值方法與計算條件 7 2.1 數值方法 7 2.1.1 統御方程式 7 2.1.2 紊流模型 8 2.1.3 壁函數 9 2.1.4 數值離散方法 11 2.2 計算主題介紹 13 2.2.1 二維翼形模擬 13 2.2.2 二維翼形模擬結果 16 2.2.3 三維單一葉片模擬 18 2.2.4 三維單一葉片的模擬結果 22 2.2.5 風力發電機停機狀態之模擬計算 24 2.2.5.1 風力發電機停機狀態之設定 25 2.2.5.2 網格數與網格之建立 28 2.2.5.3 邊界條件之設定 31 2.2.5.4 風剖面(Wind Profile)條件之設定 33 2.2.5.5 陣風條件之設定 36 第三章 計算結果與討論 40 3.1 均勻入流計算結果 41 3.2 均勻入流計算結果分析 42 3.3 風剖面入流條件計算結果 49 3.4 風剖面入流條件計算結果分析 50 3.5 陣風條件計算結果 53 3.5.1 GF1計算結果 53 3.5.2 GF2計算結果 57 3.6 陣風條件計算結果分析 61 第四章 結論與未來展望 68 4.1 結論 68 4.2 未來展望 69 參考文獻 70 圖目錄 圖1-1 風力發電機裝置容量預測圖 1 圖1-2 風力發電機發生意外或事故之類型分佈圖 3 圖1-3 台中港區二號風力發電機塔柱倒塌圖 4 圖2-1 紊流無因次化壁面距離與速度分佈圖 10 圖2-2 二維翼形網格尺寸與邊界條件示意圖 14 圖2-3 二維翼形全流域網格 15 圖2-4 二維翼形局部網格 15 圖2-5 二維翼形升力變化情形 17 圖2-6 二維翼形阻力變化情形 18 圖2-7 葉片幾何模型與扭轉角度示意圖 19 圖2-8 三維單一葉片網格尺寸與邊界條件示意圖 20 圖2-9 三維單一葉片全流域網格 21 圖2-10 三維單一葉片葉片剖面網格 21 圖2-11 三維單一葉片葉片周圍網格 22 圖2-12 三維單一葉片功率輸出變化情形 23 圖2-13 風力發電機相關尺寸示意圖 24 圖2-14 螺距角示意圖 26 圖2-15 旋轉角度之定義(當葉片1與y軸重合時,旋轉角度∆θ=0°) 27 圖2-16 風力發電機於不同旋轉角度位置 28 圖2-17 停機狀態網格 29 圖2-18 停機狀態風力發電機剖面網格 30 圖2-19 停機狀態塔柱剖面網格 30 圖2-20 停機狀態邊界條件示意圖 32 圖2-21 網格獨立性測試 33 圖2-22 風剖面速度-高度分佈圖 34 圖2-23 風剖面之UDF程式內容 35 圖2-24 陣風係數-速度分佈圖 38 圖2-25 考慮不同陣風係數之UDF程式內容 39 圖3-1 受力方向示意圖 40 圖3-2 均勻入流各旋轉角度之風力發電機受力變化情形 43 圖3-3 均勻入流單一葉片各方位角受力變化情形 44 圖3-4 旋轉角度θ=60° 塔柱高度40m之壓力分佈圖 44 圖3-5 均勻入流各方位角之扭矩變化情形 46 圖3-6 各旋轉角度塔柱高度45m前後表面壓力分佈圖 47 圖3-7 均勻入流輪轂前方於旋轉角度∆θ=0°之壓力分佈圖(Y=7.5m) 47 圖3-8 均勻入流旋轉角度∆θ=0°縱剖面(x=0m平面)之速度分佈圖 48 圖3-9 風剖面入流條件各旋轉角度之風力發電機受力變化情形 50 圖3-10 風剖面入流條件於旋轉角度∆θ=60°縱剖面(x=0m平面)之流線分佈圖 52 圖3-11 均勻入流旋轉角度∆θ=60°縱剖面(x=0m平面)之流線分佈圖 52 圖3-12 GF1之葉片正向力與時間關係圖 54 圖3-13 GF1之風力發電機各幾何正向力與時間關係圖 55 圖3-14 GF1之葉片扭矩與時間關係圖 56 圖3-15 GF2之葉片正向力與時間關係圖 58 圖3-16 GF2之風力發電機各幾何正向力與時間關係圖 59 圖3-17 GF2之葉片扭矩與時間關係圖 60 圖3-18 陣風因子-風力發電機受力變化情形 63 圖3-19 各陣風係數加速度變化情形 64 圖3-20 GF1與GF2於旋轉角度θ=80°受力比較 65 圖3-21 GF2旋轉角度θ=60°時之壓力分佈圖 67 附圖1 均勻入流旋轉角度θ=0°縱剖面(x=0m平面)之速度分佈圖 72 附圖2 均勻入流旋轉角度θ=20°縱剖面(x=0m平面)之速度分佈圖72 附圖3 均勻入流旋轉角度θ=40°縱剖面(x=0m平面)之速度分佈圖 72 附圖4 均勻入流旋轉角度θ=60°縱剖面(x=0m平面)之速度分佈圖 73 附圖5 均勻入流旋轉角度θ=80°縱剖面(x=0m平面)之速度分佈圖 73 附圖6 均勻入流旋轉角度θ=100°縱剖面(x=0m平面)之速度分佈圖 73 附圖7 均勻入流旋轉角度θ=0°縱剖面之流線分佈圖(X=0m) 74 附圖8 均勻入流旋轉角度θ=20°縱剖面之流線分佈圖(X=0m) 74 附圖9 均勻入流旋轉角度θ=40°縱剖面之流線分佈圖(X=0m) 74 附圖10 均勻入流旋轉角度θ=60°縱剖面之流線分佈圖(X=0m) 75 附圖11 均勻入流旋轉角度θ=80°縱剖面之流線分佈圖(X=0m) 75 附圖12 均勻入流旋轉角度θ=100°縱剖面之流線分佈圖(X=0m) 75 附圖13 風剖面入流條件於旋轉角度θ=0°縱剖面之流線分佈圖(X=0m) 76 附圖14 風剖面入流條件於旋轉角度θ=20°縱剖面之流線分佈圖(X=0m) 76 附圖15 風剖面入流條件於旋轉角度θ=40°縱剖面之流線分佈圖(X=0m) 76 附圖16 風剖面入流條件於旋轉角度θ=60°縱剖面之流線分佈圖(X=0m) 77 附圖17 風剖面入流條件於旋轉角度θ=80°縱剖面之流線分佈圖(X=0m) 77 附圖18 風剖面入流條件於旋轉角度θ=100°縱剖面之流線分佈圖(X=0m) 77 表目錄 表1-1 各國風力發電機發生意外或事故統計 2 表2-1 Spalart-Allmaras紊流模型中的經驗係數值 9 表2-2 二維翼形模擬模型參數設定 13 表2-3 二維翼形升力結果 16 表2-4 二維翼形阻力結果 17 表2-5 入流風速與葉片轉速之對應關係(量測值) 19 表2-6 三維單一葉片功率輸出結果 23 表2-7 風力發電機幾何尺寸與操作參數 25 表2-8 不同網格數目之誤差比較 32 表3-1 均勻入流各旋轉角度之正向力結果 41 表3-2 均勻入流各旋轉角度之葉片扭矩結果 42 表3-3 風剖面入流條件各旋轉角度之正向力結果 49 表3-4 風剖面入流條件各旋轉角度之葉片扭矩結果 50 表3-5 均勻入流與風剖面入流各旋轉角度受力與平均值之比較 51 表3-6 GF1各旋轉角度最大受力值 53 表3-7 GF2各旋轉角度最大受力值 57 表3-8 各入流條件下風力發電機最大受力結果 61 表3-9 各入流條件下風力發電機最大與最小受力位置 62 表3-10 風力發電機最大受力之模擬值與推測值比較 62 表3-11 不同時間點相同入流風速受力結果 65 | |
dc.language.iso | zh-TW | |
dc.title | 陣風效應對風力發電機在停機狀態下之氣動力數值模擬研究 | zh_TW |
dc.title | Numerical study an Aerodynamics Effects of Gusting Winds on a wind Turbine During standstill | en |
dc.type | Thesis | |
dc.date.schoolyear | 99-2 | |
dc.description.degree | 碩士 | |
dc.contributor.oralexamcommittee | 蔡進發(JIN-FA TSAI),趙修武(SHIOU-WU JAU),陳景林(JING-LIN Chen) | |
dc.subject.keyword | 風力發電機,水平軸,風剖面,陣風係數,停機,數值模擬, | zh_TW |
dc.subject.keyword | wind turbine,horizontal axis,wind profile,gust factor,standstill,numerical simulation, | en |
dc.relation.page | 77 | |
dc.rights.note | 未授權 | |
dc.date.accepted | 2011-08-15 | |
dc.contributor.author-college | 工學院 | zh_TW |
dc.contributor.author-dept | 工程科學及海洋工程學研究所 | zh_TW |
顯示於系所單位: | 工程科學及海洋工程學系 |
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