升阻力耦合Savonuis垂直風(fēng)機(jī)之?dāng)?shù)值研究

升阻力耦合Savonuis垂直風(fēng)機(jī)之妻攵值研究NumericalStudiesofaSavonuisVerticalAxis

WindTurbinewithcoupledOuterLift/InnerDrag摘要題目：升阻力耦合Savonuis垂直風(fēng)機(jī)之?dāng)?shù)值研究摘要內(nèi)容：本研究為模擬小型升阻力型耦合式垂直風(fēng)機(jī)流場特性為主，風(fēng)機(jī)結(jié)合了阻力型與升力型集片，其中阻力型集片形狀為半圓弧型，升力型的集片翼型分別有NACA0018和NACA4412分布于不同半徑。研究方法采用CFD計(jì)算流體力學(xué)有限體積法求解Navier-Stokes方程式，以不可壓縮流Coupled算則為主，結(jié)合非定常隱式二階上風(fēng)法，再配合經(jīng)網(wǎng)格獨(dú)立性測試之網(wǎng)格及具解析過渡流特征之紊流模式，另結(jié)合滑動網(wǎng)格法。研究在不同風(fēng)速下，分析新型風(fēng)機(jī)在入口流與旋轉(zhuǎn)流二項(xiàng)之交互作用下之氣動力特性。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)阻力型風(fēng)機(jī)加了NACA0018和NACA4412集片時(shí)，其效能比原本只有阻力型的狀態(tài)下之扭力輸出值可以高出3.4倍，本研究復(fù)合式風(fēng)機(jī)的流場較為復(fù)雜，因?yàn)樵诹鲌龅倪\(yùn)算以Coupled法則為最佳方法。關(guān)鍵詞：有限體積法、垂直軸式風(fēng)機(jī)、導(dǎo)風(fēng)板、功率。AbstractTitleofThesis:NumericalStudiesofaSavonuisVerticalAxisWindTurbine

withcoupledOuterLift/InnerDragBladesTheContentsofAbstractinthisThesis:Theaimofpresentthesisistoinvestigatetheaerodynamicperformanceofanovelvertical-axiswindturbine(VAWT)withCFDmethod.ThenovelwindturbinebladessystemiscomposedofoneortwoouterringsofNACAbladesandinnerringofsemi-circularplates.TheNACAseriesbladeswithhighlift/dragratiowereusedtogenerateenoughtorqueforcewhenthewindturbineisstarted.Theinnerportionofwindturbineisequippedwiththreetofourpiecesofcurvedplateswhichwasconsideredtobeworkedatlowwindspeedenvironment.TwoprofilesofNACAseriesbladesasNACA0018andNACA4412weresettledonouterringsofturbinebladesandtheireffectontheaerodynamicdataweretested.TheunsteadyflowstructurearoundthewindturbinebladeswereobtainedbysolvingtheReynolds-averagedNavier-StokesequationsinFluentsoftware.Aftertestingvariousschemetodiscretethepressureterminmomentumequation,the“Coupled“schemeisselected.TheMRFschemeisappliedtomodelthedynamicmotionofmulti-layersofwindblades.Thepowercoefficientwithrespecttothetipvelocityratioisprovidedanddiscussed.ResultsindicatedthatthewindturbinewithadditionedbladeofNACA0018andNACA4412cangenerate3.4timesofpoweroutputascomparedwiththatonlyequippedofcurved-platesincentralportion.Keywords:CFD>Vertical-AxisWindTurbine、Profiledblades>PowerCoefficient目嚏親TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 IAbstract II謝志 IV目^ V表目￡親 VII\o"CurrentDocument"圖目^ 皿\o"CurrentDocument"符號索引 IX\o"CurrentDocument"第1章前言 1風(fēng)機(jī)基本介紹 1文獻(xiàn)回顧 5研究動機(jī)與內(nèi)容 6\o"CurrentDocument"第2章研究方法 8數(shù)學(xué)模式 8統(tǒng)御方程式 8紊流模型 11數(shù)值方法 13壁面函數(shù) 14滑動格點(diǎn) 15\o"CurrentDocument"第3章幾何構(gòu)型、格點(diǎn)系統(tǒng)與邊界條件 17幾何構(gòu)型 17格點(diǎn)系統(tǒng) 21邊界條件設(shè)定 24程序驗(yàn)證分析 26\o"CurrentDocument"法則選擇驗(yàn)證 27\o"CurrentDocument"第4章結(jié)果與討^ 32阻力型風(fēng)機(jī)unsteady與quasi-steady分析 32阻力型風(fēng)機(jī)外型比較分析 33三片式扭力曲線分析 36風(fēng)機(jī)扭距圈數(shù)選擇分析 43阻力型與升力型風(fēng)機(jī)扭距分析 43復(fù)合式風(fēng)機(jī)各集片的Cm值分析 49第一1組翼片Cm分析 51第二組翼片Cm分析 54第三組翼片Cm分析 57風(fēng)機(jī)在不同尖速比下效能分析 60風(fēng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下效能分析 65第5章結(jié)言俞 68\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 70作者簡介 72圖目^TOC\o"1-5"\h\z圖1-1 水平式風(fēng)機(jī) 1圖1-2 垂直軸式風(fēng)機(jī) 1圖1-3 水平軸風(fēng)機(jī)型式 2圖1-4垂直軸風(fēng)機(jī)型式 2圖2-1控制體積及雕散化示意圖 14圖2-2 滑動格點(diǎn)技術(shù)圖解示意圖 16圖3-1 三片式(Tri-Bladed)之Savonius垂直軸式風(fēng)機(jī)原型示意圖 17圖3-2 二維風(fēng)機(jī)模塊之幾何構(gòu)型示意圖 18圖3-3 NACA4412翼剖面圖 18圖3-4 NACA0018翼剖面圖 19圖3-5 二維三片式垂直風(fēng)機(jī)幾何構(gòu)型示意圖 19圖3-6 二維三片式風(fēng)機(jī)與NACA0018幾何構(gòu)型示意圖 20圖3-7 二維三片式風(fēng)機(jī)與NACA0018、NACA4412二種翼型幾何示意圖 20圖3-8 Model-3二維風(fēng)機(jī)模塊格點(diǎn)示意圖 21圖3-9 二維阻力型風(fēng)機(jī)模塊格點(diǎn)局部放大示意圖 22圖3-10二維升力型風(fēng)機(jī)模塊格點(diǎn)局部放大示意圖 22圖3-11 Model-2二維風(fēng)機(jī)模塊格點(diǎn)示意圖 23圖3-12 Model-3二維風(fēng)機(jī)網(wǎng)格驗(yàn)證圖 23圖3-13 Model-2二維風(fēng)機(jī)網(wǎng)格驗(yàn)證圖 24圖3-14邊界條件設(shè)置示意圖 25圖3-15不同法則模擬風(fēng)機(jī)Cm分析 28圖3-16不同法則模擬風(fēng)機(jī)第10圈下的Cm分析 28\o"CurrentDocument"圖3-17 SIMPLE法則模擬Cm頻普分析 29\o"CurrentDocument"圖3-18 PISO法則測試復(fù)合式風(fēng)機(jī)流場速度向量圖 29圖3-19 SIMPLEC法則測試復(fù)合式風(fēng)機(jī)流場速度向量圖 30圖3-20 SIMPLE法則測試復(fù)合式風(fēng)機(jī)流場速度向量圖 30圖3-21 Coupled法則測試復(fù)合式風(fēng)機(jī)流場速度向量圖 31圖4-1二維(quasi-steady)與二維(unsteady)三片式風(fēng)機(jī)模擬于不同風(fēng)TOC\o"1-5"\h\z速結(jié)果之輸出扭力比較圖 31圖4-2二維(quasi-steady)與三維(quasi-steady)三片式風(fēng)機(jī)模擬于不同風(fēng)速結(jié)果之輸出扭力比較圖 32圖4-3雨種不同的垂直式風(fēng)機(jī)改變外形弧度之研究矩陣 33圖4-4 三片式垂直式風(fēng)機(jī)改變外形弧度扭力分析圖 33圖4-5二片式垂直式風(fēng)機(jī)改變外形弧度扭力分析圖 34圖4-6三片式風(fēng)扇不同導(dǎo)流板角度示意圖與效能曲線圖 34圖4-7三片式與二片式在未加導(dǎo)板時(shí)的流場分部圖 35圖4-8比較二片式與三片式Cm曲線圖 36圖4-9三片式加導(dǎo)板與三片式未加導(dǎo)板時(shí)的Cm曲線圖 36圖4-10三片式加導(dǎo)與三片式未加導(dǎo)板時(shí)的流場分部圖 37圖4-11二片式加導(dǎo)板與二片式未加導(dǎo)板時(shí)的Cm曲線圖 38圖4-12二片式加導(dǎo)板與二片式未加導(dǎo)板時(shí)的流場分部圖 39圖4-13三片式未加導(dǎo)流板與三片式加導(dǎo)流板時(shí)的Cm曲線圖 39圖4-14三片式弧度50、導(dǎo)板30°型垂直風(fēng)扇效能曲線圖 40圖4-15風(fēng)機(jī)壓力分布與速度向量比較圖(Vin=5m/s,co=0.5rad/s) 41圖4-16Coupled法則在不同圈數(shù)下比較分析 42圖4-17阻力型風(fēng)機(jī)收斂曲線分析 43圖4-18阻力型與升力型NACA4412風(fēng)機(jī)收斂曲線分析 44圖4-19阻力型與升力型NACA4412及NACA0018風(fēng)機(jī)收斂曲線分析 45圖4-20不同的幾何Model扭矩系數(shù)比 47圖4-21復(fù)合式風(fēng)機(jī)各個翼片的扭距變化分析圖 47圖4-22風(fēng)機(jī)翼片第一組蕖片分析圖 48圖4-23風(fēng)機(jī)翼片第二組集片分析圖 49圖4-24風(fēng)機(jī)翼片第三組集片分析圖 49圖4-25第一組翼片峰值位置圖 50\o"CurrentDocument"圖4-26第一組翼片NACA0018集片流場分析 51圖4-27第一組翼片NACA4412集片流場分析 51圖4-28第一組翼片阻力型蕖片流場分析 52圖4-29第二組翼片峰值位置圖 53\o"CurrentDocument"圖4-30第二組翼片NACA0018蕖片流場分析 54圖4-31第二組翼片NACA4412蕖片流場分析 54圖4-32第二組翼片阻力型集片流場分析 55圖4-33第三組翼片峰值位置圖 56\o"CurrentDocument"圖4-34第三組翼片NACA0018集片流場分析 57圖4-35第三組翼片NACA4412集片流場分析 57圖4-36第三組翼片阻力型蕖片流場分析 58圖4-37尖速比在不同風(fēng)速下之曲線圖 60圖4-38Model-2壓力流場可視化分析 61圖4-39Model-3壓力流場可視化分析 62圖4-40Model-3速度流場可視何分析 63圖4-41在不同的轉(zhuǎn)速與風(fēng)速下之功率曲線分析 65圖4-42在不同的轉(zhuǎn)速與風(fēng)速下之功率曲線分析 65圖4-43VAWT最大功率曲線分析 66號索引X尖速比Tipspeedratio(Rco/V)C弦長3風(fēng)機(jī)角速度(rad/s)V入口風(fēng)速(m/s)0風(fēng)機(jī)集片轉(zhuǎn)動角(degree)(p風(fēng)機(jī)集片有效攻角(degree)x/cX方向單位弦長y/cy方向單位弦長Cm力矩系重攵(moment/0.5pAV2)Cp功率系數(shù)(T?/0.5pAV2)Re雷^妻攵w,在七方向上的速度分量P密度(Density)P靜國StaticPressure)〃動力黏滯系數(shù)(DynamicViscosity)T"黏滯剪應(yīng)力張量(viscousstresstensor)s源項(xiàng)(Source Terms),本研究為旋轉(zhuǎn)機(jī)械所以其中包括科氏力第1章前言近年來受溫室氣體的影響，全球的氣候變遷，世界各國都開始采用天然的資源與再生能源，這些包括了太陽能、風(fēng)能、水利能、潮汐能、地?zé)崮芗吧|(zhì)能等資源。而本研究針對風(fēng)的能量來加以運(yùn)用，利用風(fēng)經(jīng)過集片產(chǎn)生動能的特性，并帶動發(fā)電機(jī)產(chǎn)生所需要的能電源。風(fēng)機(jī)基本介紹現(xiàn)今全世界都在倡導(dǎo)使用自然能源[1],而風(fēng)能帶動的風(fēng)力發(fā)電也是一種不需要任何的化學(xué)反應(yīng)就能滿足自給自足電力的自然能源之一。在風(fēng)機(jī)上又可以分成水平風(fēng)機(jī)(圖1-1)跟垂直風(fēng)機(jī)(圖1-2)這雨種構(gòu)型。圖1-1圖1-1水平式風(fēng)機(jī)圖1-2垂直軸式風(fēng)機(jī)這雨種構(gòu)型在細(xì)分如下，水平式風(fēng)機(jī)(HorizontalAxisWindTurbines)主要的構(gòu)型可以分為單集片式、雙集片式、三集片式或多集片式，對于風(fēng)向來又可以分為上風(fēng)型(Upwind)與下風(fēng)型(Downwind)南種(圖1-3)。

圖1-3水平軸風(fēng)機(jī)型式而本文選擇了垂直風(fēng)機(jī)來加以研究，垂直式軸向風(fēng)力機(jī)(VerticalAxisWindTurbinesVAWT)主要有SavoniusRotonDarrieusRotor以及HRotor等形式(圖1-4),其中除了SavoniusRotor是靠阻力轉(zhuǎn)動之外，其余均為升力型[2,20]o圖1-4垂直軸風(fēng)機(jī)型式以上雨種型式的風(fēng)機(jī)各有其優(yōu)缺點(diǎn)：如（表1-1）,水平風(fēng)機(jī)適合雕岸或是偏遠(yuǎn)地區(qū)比較不易受到噪音影響，但是風(fēng)速大于25m/s時(shí)，一定要停止運(yùn)轉(zhuǎn)，避免運(yùn)轉(zhuǎn)速度過快而造成風(fēng)集斷裂。垂直風(fēng)機(jī)則適合市區(qū)，因垂直風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪音較小，在低風(fēng)速時(shí)只有機(jī)械方面的噪音，缺點(diǎn)為形狀各方面的技術(shù)較不成熟。表1T水平軸式風(fēng)機(jī)與垂直軸式風(fēng)機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)水平軸式風(fēng)力機(jī)垂直軸式風(fēng)力機(jī)優(yōu)點(diǎn).輸出扭力較平穩(wěn).發(fā)展技術(shù)成熟.旋轉(zhuǎn)軸心垂直風(fēng)向，不需風(fēng)向調(diào)整器.發(fā)電機(jī)位于風(fēng)翰下方或地面，便于安裝與維護(hù).所產(chǎn)生之噪音較低.對生態(tài)環(huán)境的影響低缺點(diǎn).旋轉(zhuǎn)軸心需平行風(fēng)向，必需有風(fēng)向調(diào)整器.安裝與維護(hù)不易，因發(fā)電機(jī)位于高空.所產(chǎn)生之噪音較大.對生態(tài)環(huán)境的影響高.輸出扭力有周期性.發(fā)展技術(shù)較不成熟本次選用了垂直風(fēng)機(jī)來當(dāng)這次的研究，主要是水平風(fēng)機(jī)并不適合臺灣地形，外加臺灣氣候關(guān)系，以造成大多數(shù)的水平風(fēng)機(jī)損壞。如今臺灣產(chǎn)業(yè)正基極的投入垂直風(fēng)機(jī)的開發(fā)與設(shè)計(jì)，而改善風(fēng)機(jī)因風(fēng)速過快時(shí)所造成損壞，也因此在垂直軸式風(fēng)機(jī)大至上又可以分成兩種如（表1-2）:一為升力型是靠著上升氣流產(chǎn)生動能，二為阻力型是靠著風(fēng)直接推動而產(chǎn)生動力。表1-2升力型垂直風(fēng)機(jī)與阻力型垂直風(fēng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)垂直軸式風(fēng)力機(jī)升力型阻力型優(yōu)點(diǎn).風(fēng)速增加時(shí)力矩值亦隨之增大.機(jī)型小，重量輕.便宜簡單堅(jiān)固.起動風(fēng)速小.無蕖翼攻角之問題.有氣動煞事效果不易壞.適用于偏遠(yuǎn)地區(qū)缺點(diǎn).動態(tài)失速及突然轉(zhuǎn)向之現(xiàn)象明顯.起動風(fēng)速大.會因集翼面攻角不同而相互影響.風(fēng)機(jī)重量較重.不會因風(fēng)速增加而力矩增大升力型，其優(yōu)點(diǎn)為：當(dāng)風(fēng)速增加時(shí)力矩值亦隨之增大，機(jī)型小重量較輕。缺點(diǎn):動態(tài)失速及轉(zhuǎn)性之現(xiàn)象明顯，起動風(fēng)速比阻力型大，也會因?yàn)镸翼面攻角不同，而相互影響。另一種為阻力型，優(yōu)點(diǎn)：IbrahimA12009年提到［3］,盡管垂直風(fēng)機(jī)的效率低，為了增加垂直式風(fēng)機(jī)阻力型的性能而做了以下的討由于垂直式風(fēng)機(jī)是全方位并無特定的方向，安裝上無太多的限制，結(jié)構(gòu)更簡易，超低噪音的特性，便于市中心高模屋頂，以及偏僻地區(qū)漁市碼頭上之應(yīng)用。對于隼輛來者兌也能將風(fēng)機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換在事輛運(yùn)用上使用，如:大貨事常常會因冷流上的關(guān)系浪費(fèi)太多燃料，現(xiàn)行已有許多人將風(fēng)機(jī)按裝在隼頭頂部來進(jìn)行發(fā)電，提供冷凍室所需發(fā)電，故垂直式風(fēng)機(jī)有相當(dāng)大的市場存在。風(fēng)的產(chǎn)生是由地球自轉(zhuǎn)、太陽熱幅射不均、地球公轉(zhuǎn)影響所形成的空氣動力現(xiàn)象，所產(chǎn)生的空氣循環(huán)。藉由空氣流動的氣動力作用來轉(zhuǎn)動集片，以擷取風(fēng)的動能，進(jìn)而轉(zhuǎn)換成電能，即稱為風(fēng)能。風(fēng)能與風(fēng)速的三次方成正比關(guān)系，即風(fēng)速越高相對的風(fēng)能也越大［4］。文獻(xiàn)回顧「垂直式」軸向風(fēng)力機(jī)，因旋轉(zhuǎn)軸心垂直風(fēng)向，不需風(fēng)向調(diào)整器，且基座設(shè)計(jì)不需承受如承受水平式風(fēng)力機(jī)產(chǎn)生之強(qiáng)大扭矩，故成本相較于低，且所產(chǎn)生之噪音較低，對生態(tài)環(huán)境的影響亦低；但一般此^風(fēng)機(jī)于低風(fēng)速下之啟動需克服靜摩差系數(shù)，需具備啟動器及風(fēng)速偵測器，且由于扇集翼形并非優(yōu)化(大多使用NACA0015及NACA0018),故其輸出功率較差，但其技術(shù)改善存有大幅空間［6,8］。垂直式風(fēng)機(jī)發(fā)展迄今不如水平式風(fēng)機(jī)廣泛，主要是其效率不佳之問題［5］,其作用主要為升力產(chǎn)生間歇性扭矩慣性力，帶動風(fēng)機(jī)完成周期性作動；但負(fù)扭矩的產(chǎn)生使其效率降低，故由改善負(fù)扭矩或增加正扭矩之設(shè)計(jì)為提升垂直式風(fēng)機(jī)效率方法之一，經(jīng)由扭矩之分析可作為風(fēng)機(jī)集片構(gòu)型設(shè)計(jì)之重要參考依據(jù)［5-7］o動態(tài)失速現(xiàn)象常發(fā)生于旋集翼面攻角迅速之改變，亦常伴隨重失速遲滯現(xiàn)象，而其升力、阻力及力矩之變化亦隨翼面攻角之增減而擾動。旋蕖翼面動態(tài)失速會有渦元溢放及渦流生成于低壓區(qū)第一個VAWT風(fēng)力機(jī)流場可視化文獻(xiàn)發(fā)表于1986年Brochier等人［10］,使用水洞實(shí)驗(yàn)利用LDV及液泡技術(shù)執(zhí)行觀察，其設(shè)定條件：雷^數(shù)Re=10,000,變速比九=1?8,雙旋集模NACA0018模型；于入=2.14之動態(tài)失速流場觀測，第一個渦形成于翼前緣，當(dāng)尾緣轉(zhuǎn)至相對位置，第二個渦則生成，并與第一個渦發(fā)生互耦合作用，此雙渦元會逸放于至下游，進(jìn)而影響下一級旋集流場。此現(xiàn)象于2001年，F(xiàn)ujisawa及Shibuya等人［9］以PIV技術(shù)實(shí)驗(yàn)觀察載到相同情況，并由實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)較低變速比Z其渦元發(fā)生逾早，且產(chǎn)生之渦元較大，當(dāng)X>4時(shí)動態(tài)失速之情況較為降低。由于風(fēng)力機(jī)之控制器會隨入流風(fēng)速而變換旋轉(zhuǎn)速度，一般以變速比X(tipspeedratio)為探討參數(shù)，于不同之入口風(fēng)速下，均存在一最佳變速比［11］。風(fēng)機(jī)之設(shè)計(jì)探討參數(shù)除變速比X外，另需比對雷^數(shù)Re及功率系數(shù)Cp之相依性［21］,小型風(fēng)力機(jī)之設(shè)計(jì)其雷^數(shù)范圍Re<1.0xl()6, Sheldahletal.,在1980年提出，其實(shí)驗(yàn)之雷^數(shù)范圍均高于此值(Re<3.0xl()6),旋蕖為NACA0018翼型之典型之功率系數(shù)分布，最大Cp值約0.46,若以平板為旋集其Cp值約0.20,而理想水平軸式(HAWT)風(fēng)力機(jī)其Cp值為0.593,故旋蕖翼形之最佳設(shè)計(jì)有助于Cp值之提升。VAWT風(fēng)力機(jī)于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)旋集與入口流發(fā)生交互耦合作用，故旋集會產(chǎn)生大幅之攻角變化，風(fēng)力機(jī)由靜止啟動時(shí)，初期會發(fā)生逆流現(xiàn)象［12］。垂直式風(fēng)機(jī)旋集與入口流交互耦合下，于逆風(fēng)面時(shí)風(fēng)機(jī)蕖片轉(zhuǎn)動雷^數(shù)與入口流雷^數(shù)產(chǎn)生相減作用,鑒于以往之CFD動態(tài)研究［5-7,13］大多以某固定轉(zhuǎn)速下去探求流場特性，并無法將風(fēng)機(jī)動態(tài)響應(yīng)之流固耦合流場特性精確模擬，本研究的重點(diǎn)將利用CFD之技術(shù)以探討垂直式軸向風(fēng)機(jī)之氣動設(shè)計(jì)特性，在不同尖速比(tipspeedratio)下比較三片式(tri-bladed)之Savonius垂直軸式風(fēng)機(jī)(VAWT/VerticalAxisWindTurbine)與加入NACA0018翼型、NACA4412翼型。相關(guān)分析之設(shè)計(jì)參敦可供風(fēng)機(jī)風(fēng)翰設(shè)計(jì)之工程參考。研究動機(jī)與內(nèi)容本文的目的主要是為了研究風(fēng)機(jī)流場的特性并運(yùn)用CFD技術(shù)，來探討復(fù)合式垂直軸向風(fēng)力機(jī)復(fù)雜流場特性，與增加不同的升力型翼片來提高扭力，進(jìn)而得到在低風(fēng)速時(shí)能快速起動之特性。然而大部份的學(xué)者都只討言俞二片式或多片式風(fēng)機(jī)較多，較少人研究復(fù)合式風(fēng)力機(jī)，以致于選用復(fù)合式風(fēng)機(jī)來加以探討，研究中主要是探討導(dǎo)流板的最佳外型與不同的風(fēng)機(jī)翼片相互搭配，得到優(yōu)化的風(fēng)機(jī)外型，以作為風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用上的參考。第2章描述本研究所使用之方法，使用有限體積法(FiniteVolumeMethod)離隹散統(tǒng)御方程式，采用壓力基(PressureBasedScheme)運(yùn)算法則處理壓力速度偶合運(yùn)算問題(Pressure-VelocityCoupling)求解壓力方程式，統(tǒng)御方程式之空間離隹散在對流項(xiàng)界面(ControlSurface)上的物理量采用二階上風(fēng)法來計(jì)算，擴(kuò)散項(xiàng)皆則采用中央差分法雕散，并于旋轉(zhuǎn)接口上采用滑動網(wǎng)格法，而風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動模式亦以外掛角動量守恒方程副程分析，本研究于流力計(jì)算之結(jié)果可得知其氣動力產(chǎn)生之扭矩。第3章結(jié)果與討^的部分，首先對本文所使用的程序做驗(yàn)證，以確保數(shù)值方法的結(jié)果是具有可信度。要對流場分析研究，必定要先了解所有現(xiàn)象之前因后果，隨后才能夠?qū)Ω靼咐M(jìn)行定性和定量的分析及探討，并找出之間的影響關(guān)系。第4章主要在研討風(fēng)機(jī)性能與優(yōu)化設(shè)計(jì)，首先會先討^阻力型的優(yōu)化與性能曲線，其次加入NACA0018升力型與NACA4412升力型風(fēng)機(jī)整片，并研究加入升力型風(fēng)機(jī)時(shí)，各集片所輸出的功能，并加以分析各蕖片相互的影響，得出最好的尖速比與最大功率值。第5章將所有結(jié)果做一統(tǒng)整的敘述，且提出此種研究的優(yōu)化設(shè)計(jì)及結(jié)果，并于風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用上有良好的貢獻(xiàn)。第2章研究方法本研究使用計(jì)算流體力學(xué)(ComputationalFluidDynamics,CFD)的方法來分析復(fù)合式垂直風(fēng)機(jī)的流場現(xiàn)象與氣動力參數(shù)，利用滑移格點(diǎn)(SlidingMesh)讓格點(diǎn)產(chǎn)生滑移現(xiàn)象來帶動集片旋轉(zhuǎn)。研究首先使用商用軟件GAMBIT來繪制風(fēng)機(jī)的幾何構(gòu)型與格點(diǎn)布置，再利用分析軟件FLUENT進(jìn)行流場分析，后處理TECPLOT與FIELDVIEW軟件進(jìn)行流場可視化。2.1數(shù)學(xué)模式本研究使用CFD算則進(jìn)行數(shù)值模擬分析，使用有限體積法(FiniteVolumeMethod)再隹散統(tǒng)御方程式，采用壓力基(PressureBasedScheme)運(yùn)算法則處理壓力速度偶合運(yùn)算問題(Pressure-Velocity Coupling)求解壓力方程式，統(tǒng)御方程式之空間再隹散在對流項(xiàng)界面(Control Surface)上的物理量采用二階上風(fēng)法來計(jì)算，擴(kuò)散項(xiàng)皆則采用中央差分法蹄散，而時(shí)間之步階采用隱式法(ImplicitMethod)計(jì)算與Coupled算法［15T7］,并搭配紊流模型(k-epsilon)進(jìn)行流場分析，亦即以動量插值法(MomentumInterpolationMethod/MIM)方式處理［7］,并于旋轉(zhuǎn)接口上采用滑動網(wǎng)格法，而風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動模式亦以外掛角動量守恒方程副程分析，本研究于流力計(jì)算之結(jié)果可得知其氣動力產(chǎn)生之扭矩，再以外掛子程序方法將其代入結(jié)構(gòu)運(yùn)動角動量守恒方程［6］：2.1.1統(tǒng)御方程式本研究的流場基本假設(shè)為二維黏性不可壓縮流流場，不考慮能量方程序，故其統(tǒng)御方程式(Governing Equation)為，其張量表示如下：m_L(p%)=0dta%(2-1)dd dp(p〃)+(pwm)=-3tdt'dx：(2-2)網(wǎng)s,

dxj其中，TI3m,.,UjI2du,xT=mI1+1\-u1oijI加詼！13dxt1式中，孫：在七方向上的速度分量P:密度(Density)P：靜壓(StaticPressure)〃:動力黏滯系數(shù)(DynamicViscosity)T,；:黏滯剪應(yīng)力張量(viscousstresstensor)S：源項(xiàng)(SourceTerms),本研究為旋轉(zhuǎn)機(jī)械所以其中包括科氏力(CoriolisForce)。 ；二公、Si=-2Qx[/-Qx\§lxr)為了探討紊流對物理量造成擾動的影響，并節(jié)省微小擾動的計(jì)算量，使用雷^平均法(Reynolds-AveragedApproach),將求解之任一變量中分解成時(shí)間平均量W (Time-Averaged)和擾動量中(Fluctuation)南部分，(P=(p+q)其中山定義如下：—1，+△，.(P=—[M (2-3)帶入Navier-Stokes方程式便可得雷^平均Navier-Stokes方程式(RANS)如下：其中，-pM,w;為雷^應(yīng)力(Reynoldsstresses)需搭配紊流模型仿真。本文將在下節(jié)敘述之。又統(tǒng)御方程式可由以下通用型式表示以便于數(shù)值方法分析：+V?(p呷)=V.(「V(p)+Sdt(2-6)其四項(xiàng)依次為非定常項(xiàng)、對流項(xiàng)、擴(kuò)散項(xiàng)和源項(xiàng)。2紊流模型紊流模式假設(shè)分析流場為完全發(fā)展紊流(FullyTurbulent),為一種以模擬運(yùn)輸方程式(Transportequation)求解紊流動能ft值(TurbuleceKineticEnergy)和紊流能量消散率式DissipationRateofTurbulenceEnergy)的半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并搭配壁面函重?WallFunction)求解不可壓縮流動量方程式中的雷^應(yīng)力。雷應(yīng)力使用BoussinesqHypothesis可得Ma”」2[八—Ou：uJL1(2-7)—Ou：uJL1(2-7)dxj而運(yùn)輸方程式(Transportequation)為紊流動能方程式：工(做)+。(PM)=W[Je|+g+G,-P￡+s4%網(wǎng)加式aj^.|j(2-8)紊流能量消散率方程式：TOC\o"1-5"\h\zad上”“八兆1 ￡ E=-(pe)+—(peuf)=_II?+_I—I+Q-(Gj+c3￡+Gb)~c2E_+s￡aaa px. Id?E)dxiIJk k(2-9)其中，m；=左~,為紊流黏滯系數(shù)(turbulentviscosity)pc,.dujGk=-QUjU 為紊流動能乘積(productionofturbulencekineticenergy)JG,為浮力造成之紊流動能sk,sE為源項(xiàng)k-e紊流模型的常數(shù)設(shè)定如下：Q=l.44,。2￡=1.92,。“=0.09,5=1.0,5=1.3由k-￡紊流模式求得動量方程式中的雷^應(yīng)力帶回(2.5)式中可順利求解戶，u,v,師可得到壓力場及速度場的物理現(xiàn)象進(jìn)而達(dá)到分析之目的。2.3數(shù)值方法FLUENT以控制體基的方法為基礎(chǔ)，將統(tǒng)御方程式轉(zhuǎn)換成幾何代數(shù)方程序再利用適當(dāng)?shù)牡臄?shù)值方法來求解之?？刂企w積法是將每個經(jīng)過離隹散化后的統(tǒng)御方程式達(dá)到其物理量的守恒考慮一物理量中的穩(wěn)態(tài)守恒方程式，其統(tǒng)御方程式以控制體積表示可由下列所示，V為一控制體積。(2-10)其中，?:速度向量，了:表面積向量，1:9的擴(kuò)散系室攵，s9：每單位控制體積的源項(xiàng)。而將(2T0)雕散化后如下式：Nfaces 'facesNp〃/P/a=zrjv(p)/,-A/+5$(2-11)此處，N加：控制體積面的數(shù)量，CP/：通過控制體積面/的管值，］：/的面積。經(jīng)過(2T1)式雕散化后的中值將會儲存至每個控制體積內(nèi)，如圖2-1的(Pw、(Pc和卬E，但在控制體積面的年心和＜P/e實(shí)際上是未知數(shù)，這些值必須利用9來內(nèi)差求解在實(shí)際問題中必須考量流體流動的方向來做數(shù)值內(nèi)差的方向指標(biāo)，于是發(fā)展了上風(fēng)法(upwindscheme)針對對流項(xiàng)進(jìn)行離隹散。目前廣泛使用的有一階上風(fēng)法(first-orderupwind)、二階上風(fēng)法(second-orderupwind)、powerlaw和QUICK(quadraticupstreaminterpolationforconvectivekinetics)o本研究為求有較精準(zhǔn)的數(shù)值，空間蹄散使用二階上風(fēng)法，而在時(shí)間蹄散方面采用二階上風(fēng)隱式法迭帶計(jì)算(iteration)oQw(Pc/controlvolumecontrolvolumecontrolvolume圖2-1控制體積即雕散化示意圖4壁面函數(shù)由于標(biāo)準(zhǔn)k-￡紊流模式(standardk-emodel)是假設(shè)分析流場為完全發(fā)展紊流，為一高雷^數(shù)流場，但在接近壁面邊界時(shí)，由于黏滯力的影響，必須滿足無滑移(NoSlip)邊界條件，此時(shí)黏滯效應(yīng)遠(yuǎn)大于紊流效應(yīng)，為一低雷^數(shù)區(qū)域，因此完全發(fā)展紊流的假設(shè)不再成立，必須對鄰近壁面區(qū)(Near-WallRegion)另外處理。在此區(qū)域內(nèi)的流體速度梯度較大，并可大致區(qū)分為三個子區(qū)域，包括由黏滯力主導(dǎo)得黏滯層、紊流剪應(yīng)力主導(dǎo)的對敦律層和兩者間的過渡層。若要準(zhǔn)確預(yù)測邊界層影響，必須于鄰近壁面需局部加密相當(dāng)龐大的邊界格點(diǎn)，造成龐大的計(jì)算量；加上黏滯層流動幾乎屬于層流并不適用紊流模式求解因此壁面函數(shù)(WallFunction)不對黏滯力影響較明顯的子區(qū)域求解，而用半經(jīng)驗(yàn)公式和函數(shù)將完全紊流區(qū)跟此區(qū)關(guān)系速接，提供解決此問題的方法，并能運(yùn)用較少之格點(diǎn)數(shù)目即能準(zhǔn)確的預(yù)測壁面附近的速度場，大幅增進(jìn)數(shù)值預(yù)算的效率。本文采用壁面函數(shù)來簡化此區(qū)域的計(jì)算，其基本設(shè)定是取標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)律區(qū)(Low-LawRegion)且為高雷iO攵模塊(High-ReModels)。其式如下：=di"*，+dn'+dn+d4n230〃*=pw*An〃+代表無因次化后平行壁面的速度、代表雕壁面的距蹄、K為紊流動能、P為密度、〃*、"*皆為無因次參數(shù)、A為光滑表面的VonKarman常數(shù)，而C為常數(shù)，其值大小隨表面粗糙度而改變，在此本文假設(shè)是光滑，所以取K=0.41、C=5.2、另外4=64264X107、d2=-5.2113 、d3—1.4729>d4——1.1422ox105滑動格點(diǎn)由于本研究著重在于探討有關(guān)風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，利用中心格點(diǎn)旋轉(zhuǎn)帶動集片，因此在數(shù)值方法中心必須采用動態(tài)移動格點(diǎn)技術(shù)(MovingMeshTechnique)中的滑移格點(diǎn)(SlidingMesh),讓中心格點(diǎn)產(chǎn)生滑移現(xiàn)象。在使用所謂的動態(tài)移動格點(diǎn)技術(shù)時(shí)，必須先將格點(diǎn)區(qū)分為移動區(qū)塊(Slidingzone)以及非移動區(qū)塊(Non-Slidingzone),并且將其交接面設(shè)定為適當(dāng)之邊界。有關(guān)移動格點(diǎn)技術(shù)大致^明并配合圖解；以圖2-2為例，滑移交接面一方由A-B和B-C等組成，則另一方由D-E和E-F所組成，因此成為a-d、d-b、b-e、e-c^c-f等的面；此相交區(qū)域重復(fù)的部分d-b、b-e、e-c

歸^于一般計(jì)算區(qū)域，而其余的面則以周期性條件視之；而通量的計(jì)算則利用交接面?zhèn)鬟f，例如IV通量計(jì)算則以其邊界d-b、b-e傳遞計(jì)算而忽略其原有D-E。圖2-2滑動格點(diǎn)技術(shù)圖解示意圖第3章幾何構(gòu)型、格點(diǎn)統(tǒng)與邊界條件3.1幾何構(gòu)型本研究復(fù)合式風(fēng)機(jī)為三集片式(Tri-Bladed)阻力型與升力型垂直軸式風(fēng)機(jī)(圖3T),幾何構(gòu)型尺寸如(圖3-2),集片弦長為D,風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)半徑為3.2D。垂直軸式風(fēng)機(jī)的集片翼型不同，所產(chǎn)生的升、阻力與扭力也會不一樣，本研究之構(gòu)型與格點(diǎn)是利用Gambit軟件包繪制而成，采用的翼型分別為垂直軸式阻力型蕖片及NACA4412翼型(圖3-3)與對稱翼NACA0018翼型(圖3-4)三種。NACA4412第一個數(shù)字代表機(jī)翼弦長至機(jī)翼弧線最大弧度的長度為4%弦長，第二個數(shù)字4代表機(jī)翼最大弧度位置距離隹機(jī)翼前緣40%弦長處，最后雨個數(shù)字12代表機(jī)翼最大厚度為12%弦長。NACAOO18的前雨個數(shù)字為0代表是對稱翼，而機(jī)翼最大厚度為18%弦長。而二維復(fù)合式風(fēng)機(jī)模塊分為三個模塊，Model-1翼型為阻力型S.R.(SavoniusRotor)(圖3-5),Mode1-2翼型為阻力型S.R.(SavoniusRotor)外加升力型NACA0018H.R.(HRotor)二種翼型(圖3-6)。Model-3翼型為阻力型S.R.(SavoniusRotor)外加升力型NACA0018H.R.(HRotor)與NACA4412H.R.(HRotor)三種翼型(圖3-7)。圖3-2二維風(fēng)機(jī)模塊之幾何構(gòu)型示意圖圖3-3NACA4412翼剖面圖圖3-4NACA0018翼剖面圖圖3-5二維三片式垂直風(fēng)機(jī)幾何構(gòu)型示意圖2格點(diǎn)系統(tǒng)本研究使用Gambit軟件來建構(gòu)格點(diǎn)，均米用結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格，其主要以Model-3為主，Model-3二維模塊格點(diǎn)示意圖如（圖3-8）所示。格點(diǎn)分布因考慮集片邊界層厚度，在其集片壁面周圍作加密格點(diǎn)動作，壁面第一層格點(diǎn)大小為0.03,集片邊界格點(diǎn)示意圖如圖3-9,3To所示，本研究二維風(fēng)機(jī)模塊Mode1-1格點(diǎn)系統(tǒng)總網(wǎng)格數(shù)約有90,000個網(wǎng)格，而Mode1-2二維風(fēng)機(jī)模塊總網(wǎng)格數(shù)約有110,000個網(wǎng)格（圖3-1QMode1-3二維風(fēng)機(jī)模塊總網(wǎng)格數(shù)約有160,000個網(wǎng)格?？紤]風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動之邊界條件，以滑動網(wǎng)格方式處理內(nèi)層轉(zhuǎn)動網(wǎng)格與外層固定網(wǎng)格之通量計(jì)算。圖3-8Model-3二維風(fēng)機(jī)模塊格點(diǎn)示意圖圖3-9二維阻力型風(fēng)機(jī)模塊格點(diǎn)局部放大示意圖圖3To二維升力型風(fēng)機(jī)模塊格點(diǎn)局部放大示意圖圖3-11Model-2二維風(fēng)機(jī)模塊格點(diǎn)示意圖1.425-Velocity1.424-VelocityV1.423-1.422-0 1020 30 40Gridnumber（離）圖3-12Model-3二維風(fēng)機(jī)網(wǎng)格驗(yàn)證圖Gridnumber(寓)圖3-13Mode1-2二維風(fēng)機(jī)網(wǎng)格驗(yàn)證圖3.3邊界條件設(shè)定本研究的入口邊界條件設(shè)定為速度入口(Velocityinlet),五個不同入口風(fēng)速分別為3m/s、5m/s、10m/s、15m/s>20m/s,雷^數(shù)為205,375、342,293、684,587、1,026,879、1,369,174,模擬空氣流經(jīng)垂直式軸向風(fēng)機(jī)后至無限大空間，入口風(fēng)速不會隨時(shí)間而有所改變。出口及上下邊界設(shè)定為壓力出口，因此出口邊界條件采用一大氣壓力。翼型為壁面邊界，在黏性流體中，流體流經(jīng)壁面除了滿足不可穿透的條件外，還必須滿足無滑動條件(No-SlipCondition),也就是壁面上流體的速度與壁面的速度相等。要使風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，在模擬風(fēng)機(jī)跟一般外界的風(fēng)機(jī)一樣，所以需在圓表面設(shè)為(SlipBoundaryCondition),圓內(nèi)設(shè)為移動區(qū)塊，圓外則是非移動區(qū)塊，兩者的交界面設(shè)為Interfaces,內(nèi)部格點(diǎn)可以產(chǎn)生滑移，使風(fēng)扇集片旋轉(zhuǎn)。邊界條件設(shè)置示意圖如(圖3-14),風(fēng)機(jī)翼型分成三種不同的Model,并以不同的研究模型矩陣作分類直如(表3T)。

Pressure-outlet圖3-14Pressure-outlet圖3-14邊界條件設(shè)置示意圖p2YDRe=Mp:流體密度v:入口風(fēng)速D:特征長度

表3-1研究風(fēng)機(jī)翼型矩陣圖\SavoniusRoterHRotorHRotorModel1三片式;Model2三片式;NACA0018dModel3三片式NACA00188NACA44123.4程序驗(yàn)證分析為了確保分析結(jié)果之準(zhǔn)確性，必須驗(yàn)證不同計(jì)算域與不同機(jī)翼壁面格點(diǎn)，以找出最佳的計(jì)算域尺寸與壁面格點(diǎn)大小，并選用正確紊流模式，本研究室多年來都在研究垂直風(fēng)機(jī)，在程序驗(yàn)證方面選用林健耀碩士言俞文與林永堂碩士t^文垂直式軸向風(fēng)機(jī)數(shù)值研究，得知研究之驗(yàn)證成果。5法則選擇驗(yàn)證主要是探討垂直式軸向風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)構(gòu)為主，結(jié)合了阻力型與升力型（NACA0018、NACA4412）翼型構(gòu)造，軸向風(fēng)機(jī)阻力型幾何尺寸半徑為0.14mx翼片厚度0.003m,翼片弧度為50度為最佳外型，導(dǎo)流板角度為30度效果最好，以上阻力型的軸向垂直風(fēng)機(jī)以在幾年前所計(jì)算出而得到最佳的外型結(jié)果。而升力型NACAOO18翼型半徑為0.28m,厚度0.02x長O.lm,NACA4412翼型半徑為0.42m,厚度0.Olx長0.1m。以不同的法則下，計(jì)算后得出如（圖3T5）本研究之復(fù)雜網(wǎng)格較適合Coupled法則來研究此復(fù)雜的流場現(xiàn)象，在以風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)到第10圈時(shí)（圖3-16）,可以看出Coupled法則，在模擬分析過程中扭矩收斂較為快速（圖3-15）,而其它法則在此復(fù)合式模型扭矩系數(shù)較難以看出收斂狀況，在于收斂方面以SIMPLE法則的系數(shù)分析來看如（圖3-17）,較難以找出相同的圈數(shù)來作比較。旋轉(zhuǎn)后以相同的第10圈下在可視化流場中比較后，我們可以發(fā)現(xiàn)PISO法則（圖3-18）與SIMPLEC法則（圖3-19）及SIMPLE法則（圖3-20）,三種流場在復(fù)合式風(fēng)機(jī)上的流場現(xiàn)象較為不合理，其因風(fēng)機(jī)上半部速度流場流經(jīng)翼片速度場有誤，風(fēng)會因阻力型風(fēng)機(jī)所造成的阻力影響，使得上半部流場因產(chǎn)生負(fù)壓而造成流場往下流動，反之所以（圖3-21）Coupled法則的流場較為其他三種法則的流場現(xiàn)象都來的正確，所以復(fù)合式的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，可以選用Coupled法則來作為本次研究進(jìn)行模擬與計(jì)算。圖3T5不同法則模擬風(fēng)機(jī)Cm分析圖3-16不同法則模擬風(fēng)機(jī)第10圈下的Cm分析50 100 150Time圖3T7SIMPLE法則模擬Cm頻普分析1.46e+011.39e-H)11.31e+011.24e+011.17e+011.09e-H)11.02e+019.48e+008.75e+008.02e+007.29e+006.56e+006.83e-H)05.10e+004.38eM03.65e+002.92e+002.19e+001.46e-*O07.32e-013.63+031.46e+011.38e+01L17e+011.09e+019.47e+005.83e+002.19e+001.46e+007.33e-015.16/031.31e+011.24e+015.10e+004.38e+003.65e+002.92e+00圖3-19SIMPLEC法則測試復(fù)合式風(fēng)機(jī)流場速度向量圖1.456+011.386+011.166+011.09e+011.02e+019.44e+008.72e+€07.99e+007.26e+006.54e+005.81e+005.09e+002.91e+002.18e+00146e+007.32e-016.45e-031.31e+011.23e+014.36e+003.G4e+00圖3-21Coupled法則測試復(fù)合式風(fēng)機(jī)流場速度向量圖第4章結(jié)果與討^本章主要在研討風(fēng)機(jī)性能與優(yōu)化設(shè)計(jì)，首先會先討^阻力型的優(yōu)化與性能曲線，其次加入NACA0018升力型與NACA4412升力型風(fēng)機(jī)集片，并研究加入升力型風(fēng)機(jī)時(shí)，各集片所輸出的功能，并加以分析各集片相互的影響，得出最好的尖速比與最大功率值。1阻力型風(fēng)機(jī)unsteady與quasi-steady分析研究分析三片式風(fēng)機(jī)時(shí)如(圖4T)以二維(quasi-steady)與二維(unsteady)三片式風(fēng)機(jī)模擬于不同風(fēng)速結(jié)果之輸出扭力比較圖，風(fēng)速越快其扭力值越大，結(jié)果發(fā)現(xiàn)雨者相較下其差值都在20%以下，所以在模擬二維阻力型垂直風(fēng)機(jī)時(shí)也可用quasi-steady的方式來進(jìn)行模擬。比較了二維阻力型垂直風(fēng)機(jī)當(dāng)然也要比較一下二維跟三維對阻力型垂直風(fēng)機(jī)有何影響，(圖4-2)比較二維(quasi-steady)與三維(quasi-steady)三片式風(fēng)機(jī)模擬于不同風(fēng)速結(jié)果之輸出扭力比較圖，在低風(fēng)速時(shí)并不適合用二維(quasi-steady)來進(jìn)行模擬，反而在高風(fēng)速時(shí)，其差值都在10%以下。0 5 10 15 20 25—2d(noHerdy)2d(quasi-sterdy)0 5 10 15 20 25—2d(noHerdy)2d(quasi-sterdy)Winspeed(ra/s)圖4-1二維(quasi-steady)與二維(unsteady)三片式風(fēng)機(jī)模擬于不同風(fēng)速結(jié)果之輸出扭力比較圖。

4500400035003000e2500z2000150010005000-^-idlquasi-sterdy)-1-2d(quasi-steady)0 5 10 15 20-^-idlquasi-sterdy)-1-2d(quasi-steady)0 5 10 15 20圖4-2二維(quasi-steady)與三維(quasi-steady)三片式風(fēng)機(jī)模擬于不同風(fēng)速結(jié)果之輸出扭力比較圖。4.1.1阻力型風(fēng)機(jī)外型比較分析分析分雕式(split)及三片式(tri-bladed)之Savonius垂直軸式風(fēng)機(jī)(VAWT/VerticalAxisWindTurbine)風(fēng)扇弧度的比較，三片式和分雕式則弧度由：30、40、50、55、60、70來作相關(guān)之比較，而外圍導(dǎo)流板不改變?nèi)魏谓嵌龋芯烤仃嚾?圖4-3)所示。比較時(shí)改變風(fēng)速來運(yùn)算出其扭力，風(fēng)速以：1、3、5、10、15、20(m/s)來作比較。分析分雕式(split)(圖4-4)及三片式(tri-bladed)(圖4-5)之Savonius垂直軸式風(fēng)機(jī)風(fēng)扇弧度的比較，由圖可知三片式之風(fēng)扇構(gòu)型以弧度50度構(gòu)型可產(chǎn)生較佳之扭力值，而分雕式以弧度40度構(gòu)型為最佳，二種風(fēng)扇之構(gòu)型風(fēng)機(jī)于固定轉(zhuǎn)速之條件下，其扭力值會隨風(fēng)速增加而增加，但其增加之倍率不為線性。(圖4-6).為三片式風(fēng)扇在不同導(dǎo)流板角度示意圖與三片式風(fēng)扇在不同導(dǎo)流板角度裝設(shè)之效能曲線圖，由圖可以看出好的導(dǎo)流板角度正確，其進(jìn)風(fēng)量越大阻力型風(fēng)機(jī)效率越好，反之導(dǎo)流板角度設(shè)越差，其風(fēng)機(jī)效率也會越差，從圖中發(fā)現(xiàn)在阻力型風(fēng)機(jī)上加了導(dǎo)

流板最差與最佳的導(dǎo)流板，其差值相差了30%左右。導(dǎo)流板導(dǎo)角角度

太小反而會影響扭力的輸出值，太小也反而更容易使得風(fēng)機(jī)產(chǎn)生肓L流。Winspeed(m■$)圖4-4、三片式垂直式風(fēng)機(jī)改變外形弧度扭力分析圖

600Winspeed(mZs)圖4-5、二片式垂直式風(fēng)機(jī)改變外形弧度扭力分析圖Winspeed(m/s)圖4-6三片式風(fēng)扇不同導(dǎo)流板角度示意圖與三片式風(fēng)扇于不同導(dǎo)流板角度裝設(shè)之效能曲線圖

1.2三片式扭力曲線分析所以（圖4-7）為三片式與二片式在未加導(dǎo)板時(shí)的流場分部，因?yàn)槿绞茏杳娣e較大所以成紅色區(qū)塊面積也較大這對推動阻力型風(fēng)機(jī)是一件相當(dāng)好的事情，但是相對的產(chǎn)生藍(lán)色區(qū)塊也較大，當(dāng)藍(lán)色區(qū)塊越大時(shí)，風(fēng)機(jī)的效率越不好，因?yàn)樗{(lán)色區(qū)塊會阻擋風(fēng)機(jī)推力。（圖4-8）比較二片式與三片式Cm曲線，由于三片式掃過的面積大于二片式，所以扭力值大于二片式，所以從此數(shù)據(jù)中入=0.14,風(fēng)速5m/s三片式積分面積為69.428,二片式積分面積為53.089,其雨者差值相差23.5%,可看出在低風(fēng)速時(shí)三片式較二片式佳。三片式加導(dǎo)板與三片式未加導(dǎo)板時(shí)的Cm曲線（圖4-9）,有時(shí)未加導(dǎo)板時(shí)可能會比鼠加導(dǎo)流板來的好，所以導(dǎo)流板的好壞也是需經(jīng)過數(shù)值模擬的計(jì)算，得出優(yōu)化的參數(shù)，由圖中發(fā)現(xiàn)了這一點(diǎn)，未加導(dǎo)流板比一般未設(shè)計(jì)過的導(dǎo)流板還好的原因可由（圖4-10）流場分部來者兌明,加了導(dǎo)流板（圖4T0b）讓每一片風(fēng)扇都有相同的風(fēng)壓其受到紅色區(qū)塊推動面積較小，在未加裝導(dǎo)流板時(shí)（圖4-10a）,其所受到的紅色區(qū)塊面積較多，但是不平均受力，容易影響風(fēng)扇機(jī)構(gòu)的問題。(a)tri-bladedtype(b)splittypePressure(a)tri-bladedtype(b)splittypePressure圖4-7三片式與二片式在未加導(dǎo)板時(shí)的流場分部圖4-8比較二片式與三片式Cm曲線圖0 90 180 270 360angle圖4-9三片式加導(dǎo)板與三片式未加導(dǎo)板時(shí)的Cm曲線(a)垂直風(fēng)機(jī) (b)加入導(dǎo)板之垂直風(fēng)機(jī)圖4-10三片式加導(dǎo)板與三片式未加導(dǎo)板時(shí)的流場分部二片式剛好相反如(圖4-11)沒加導(dǎo)流板與加了導(dǎo)流板的比較，反而是加了導(dǎo)流板后Cm積分面積大于未加導(dǎo)流板面積，(圖4T2)流場分部看來，所以加裝導(dǎo)流板對二片式來^是相當(dāng)有用的。所以比較完三片式流場與二片式流場，結(jié)果從(圖4T3)所示的三片式來看，當(dāng)沒有加裝導(dǎo)流板的風(fēng)機(jī)因?yàn)闆]有導(dǎo)流板的關(guān)系所以第一集片所接觸風(fēng)推力的時(shí)較短，所以大部份的推力都給了第二集片，久了很容易使集片破損或折斷。在有加裝導(dǎo)板時(shí)最佳的角度為30度，也不能隨易的裝置導(dǎo)流板，會因?yàn)閷?dǎo)流的流動速度成正比，順著風(fēng)向?qū)Я鲿涌祜L(fēng)機(jī)的推動力與轉(zhuǎn)速，阻力型垂直風(fēng)機(jī)不管是二片式或是三片式，想增加其動力導(dǎo)流板是不可少的，而且加了導(dǎo)流板從圖中可發(fā)現(xiàn)風(fēng)的推力會以較平均的方式落在每一片的集片上。三片式弧度50導(dǎo)板30°型垂直風(fēng)扇效能曲線圖(4-14),本模擬還未給予摩擦力，所以此曲線圖為靜摩擦垂直風(fēng)扇效能，目前可以跟大部份垂直阻力型的風(fēng)機(jī)效率是雷同的，目前加裝導(dǎo)流板后其三片式的效能為0.33左右，阻力型風(fēng)力機(jī)有加裝導(dǎo)流板時(shí)，可提升40%-50%的扭力輸出效率。由于水平軸式風(fēng)機(jī)之模擬分析一般均以擬穩(wěn)態(tài)方式(quasi-steady),而垂直軸式風(fēng)機(jī)流場同時(shí)存在層流、過渡流及紊流場，而溢放之渦流亦會影響風(fēng)扇集片流場，形成轉(zhuǎn)性(translated)及緩失速(delaystall)等動態(tài)失速現(xiàn)象，VAWT風(fēng)機(jī)依受力方式分為升力型及阻力型，另以三維動態(tài)仿真方式求解NPUST原型SavoniusVAWT完成風(fēng)機(jī)風(fēng)扇效能曲線圖，發(fā)現(xiàn)加裝導(dǎo)片之風(fēng)機(jī)其功率值CP于風(fēng)速7m/s可達(dá)0.33,隨風(fēng)速之增加CP值趨降，于風(fēng)速12m/s以上CP值維持0.15,形成高速阻尼之現(xiàn)象，猶如氣動剎隼，于高風(fēng)速時(shí)維依定額低功率，以確保速軸電機(jī)設(shè)備安全。風(fēng)機(jī)壓力分布與速度向量比較（圖4T5a）為無導(dǎo)板三片式阻力型風(fēng)機(jī)，從壓力圖可以知道蕖片側(cè)面尾端會產(chǎn)生低壓區(qū)，而造成阻力型后半部負(fù)壓力區(qū)變大，能降低推動力量。從速度圖來看，側(cè)面尾部速度流通較愧使得風(fēng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，造成風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的阻力原因，所以為了克服這種原因，加裝了導(dǎo)片（圖4-15b）,從壓力圖看加裝導(dǎo)板能有效的提升壓力區(qū)，也因?yàn)閷?dǎo)流板的關(guān)系，造成過多的壓力留下而無法排出，從速度圖分析阻力型風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)，因風(fēng)流經(jīng)風(fēng)機(jī)候被導(dǎo)板擋住，而流通不順。所以導(dǎo)流板的角度是很重要的，如（圖4-15c）從壓力圖來分析，良好的導(dǎo)流板不僅可增加了壓力區(qū)，也可以增加負(fù)壓區(qū)，且在速度流場方面，良好的導(dǎo)流板不會使流場產(chǎn)生阻力現(xiàn)象。圖4-11二片式加導(dǎo)板與二片式未加導(dǎo)板時(shí)的Cm曲線圖4-12二片式加導(dǎo)板與二片式未加導(dǎo)板時(shí)的流場分部圖4-13三片式未加導(dǎo)流板與三片式加導(dǎo)流板時(shí)的流場分部圖4-14.三片式弧度50導(dǎo)板30°型垂直風(fēng)扇效能曲線圖(a)Radian50-Gnidevane(b)Radian50-WithtabslO°.2 0 2 4 -2 0 2 4X X(c)Radian50-Withtabs30圖4T5風(fēng)機(jī)壓力分布與速度向量比較圖(Vin=5m/s,6J=0.5rad/s)

4.2風(fēng)機(jī)扭距圈數(shù)選擇分析在Coupled法則下比較圈數(shù)后得到的結(jié)果（圖3-16）,比較在第10圈之后頻普值相同，所以本研究主要選擇第10圈杰作數(shù)值分析。圖3-16Coupled法則在不同圈敦下比較分析4.3阻力型與升力型風(fēng)機(jī)扭距分析在架構(gòu)上我們以三種不同結(jié)構(gòu)風(fēng)機(jī)仿真于不同風(fēng)速與周速比。其各頻普分析狀況如下，第一種風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)為三片式阻力型翼片（圖4-17）,從頻普分析中秒數(shù)于6秒，在第3圈數(shù)之后時(shí)可看出以收穗之狀況第二種風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)為三片式阻力型翼片加上升力型NACA0018翼片，所形成的二種不同翼片的垂直風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)（S.R.+H.R.NACA0018）（圖4-18）,從頻普分析中秒數(shù)于20秒，在第10圈數(shù)之后時(shí)可以看出收斂之汰況，第三種風(fēng)機(jī)為上一種風(fēng)機(jī)型式在加上NACA4412翼片所形成的三種不同翼型的垂直風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)（S.R.+H.R.NACA0018+H.R.NACA4412）（圖4T9）。Time圖4-17阻力型風(fēng)機(jī)收^曲線分析TimeEO圖4-18阻力型與升力型NACA4412風(fēng)機(jī)收幺束曲線分析圖4-19阻力型與升力型NACA4412及NACA0018風(fēng)機(jī)

收幺束曲線分析首先我們以風(fēng)速5m/s的狀況下進(jìn)行模擬分析，所得出的結(jié)果為（圖4-20）所示，三種不同的結(jié)構(gòu)仿真出的扭距曲線圖，從中在進(jìn)行比較可以看出在第10圈后的數(shù)值才是可以進(jìn)行扭距的分析，不同結(jié)構(gòu)的風(fēng)機(jī)構(gòu)成流場，S.R.+H.R.NACAOO18+H.R.NACA4412,因受風(fēng)面積較大的關(guān)系，所受到的高壓區(qū)明顯的比S.R.+H.R.NACAOO18結(jié)構(gòu)風(fēng)機(jī)，的區(qū)域范圍來的大上許多，在低壓區(qū)上尾緣渦流也較早蹄開風(fēng)機(jī)集面，使得集片更快的被帶動。其風(fēng)速并未在集片上產(chǎn)生強(qiáng)大的而牽引，是有一段距離隹，但是主要的推力都來自阻力型蕖片上，從流場上所分析的結(jié)果可以看出，滯留在阻力型集片上的空氣速度，大過于NACA0018集片所產(chǎn)生的效益。在S.R.+H.R.NACAOO18+H.R.NACA4412的分析，因受風(fēng)面積大于Sr+HrNACAOO18型式的關(guān)系，大部份的風(fēng)壓都產(chǎn)生在NACA4412與NACAOO18之間，使得NACAOO18產(chǎn)生更大的動力，在風(fēng)機(jī)后方其拉力方面，加強(qiáng)風(fēng)機(jī)的帶動。從以上的分析結(jié)果得知垂直風(fēng)機(jī)形式以S.R.+H.R.NACAOO18+H.R.NACA4412的機(jī)構(gòu)效益最好。從這些特點(diǎn)上我得以確定，加了NACA4412確實(shí)有其可能存在的必要性。接下來為了在進(jìn)一步的確定，我們做了以下的數(shù)據(jù)模擬，在S.R.+H.R.NACAOO18+H.R.NACA4412的功率分析中，在三片式風(fēng)機(jī)上，其翼片的比較結(jié)果中，以第二組蕖片的效能高于其他雨組集片，當(dāng)增加了升力型NACAOO18風(fēng)機(jī)其增加了25.8%效能，增加了升力型NACA4412風(fēng)機(jī)時(shí)其增加了70%的效能阻力型風(fēng)機(jī)S.R.與雨種升力型風(fēng)機(jī)H.R.（NACA0018+NACA4412）風(fēng)機(jī)的結(jié)合下，比原本只有阻力型的狀態(tài)下之扭力輸出值可以高出3.4倍。在相同的圈數(shù)下其不同翼片分析結(jié)果可以看出，模擬圈數(shù)太少時(shí)，對整個系統(tǒng)運(yùn)算的結(jié)果會有相對的出路，而風(fēng)機(jī)模擬的圈數(shù)過多了，使得數(shù)據(jù)變成無意義，這是有待研究的重點(diǎn)之一，受風(fēng)影響算是滿平均的一種風(fēng)機(jī)。風(fēng)幾各翼片對風(fēng)機(jī)整體的影響頻普分析，復(fù)合式風(fēng)機(jī)受風(fēng)時(shí)各種翼型受力較多式較少，由以下的分析可以得知各翼片的結(jié)果（圖4-21）,每一集片受風(fēng)后的扭矩系數(shù)，可以看出阻力型翼片受力是最

大的，其產(chǎn)生的負(fù)壓值也相對大。? Mode1-1-——Modeh2-Model-3風(fēng)機(jī)型式Cm倍數(shù)S.R.7.706S.R.+H.R.NACA001810.3901.34S.R.+H.R.NACA0018+H.R.NACA441225.7593.34圖4-20不同的絲何Model的扭矩系數(shù)比S.R.-Fan1S.R.-Fan2S.R.-Fan1S.R.-Fan2S.R.-Fan3H.R.-NACA0018-Fan1H.R.-NACA0018-Fan2H.R.-NACA0018-Fan3H.R.-NACA4412-Fan1H.R.-NACA4412-Fan2H.R.-NACA4412-Fan3二Angle圖4-21復(fù)合式風(fēng)機(jī)各個翼片的扭距變化分析圖本研究的風(fēng)機(jī)翼片為三片式，以(圖4-22)為第一組集片扭矩系數(shù)之比較，阻力型的集片在角30度時(shí)，受風(fēng)力較大于NACAOO18與NACA4412集片，有個較佳的負(fù)壓質(zhì)，能有效的帶動整體風(fēng)機(jī)，在這組蕖片的NACAOO18(H.R.)負(fù)壓也較小，受風(fēng)并不完全，NACA4412(H.R.)因禹隹軸心遠(yuǎn)，所接受面積大的關(guān)系，所以在高速時(shí)NACA4412(H.R.)才會起動用，低風(fēng)速時(shí)大部份的動力都是由阻力型(Sr)與來帶動，才能有效的發(fā)揮出復(fù)合式風(fēng)機(jī)的功效。(圖4-23)為第二組集片扭矩系數(shù)之比較，阻力型的集片在角150度時(shí)，阻力型集片會產(chǎn)生負(fù)壓大于其他雨組翼片，NACAOO18(H.R.)于第一組的集片一樣效能保持不變，但使得NACA4412(H.R.)的效能降低，從線下積分可以得到阻力型的扭矩系數(shù)為0.2179大于第一組阻力型的扭矩系敦為0.2044。(圖4-24)阻力型的集片在角270度時(shí)才出現(xiàn)負(fù)壓，因?yàn)榈诙M翼片受風(fēng)速轉(zhuǎn)動的關(guān)系大于其于兩組，阻力型集片相對的降低功效，這時(shí)NACA0018(H.R.)與NACA4412(H.R.)反而提升了整的效能，而原本在低速作用較小的NACAOO18(H.R.)因阻力型受力較小的關(guān)系，而提升了第三組翼片的功率。 S.R.-Fan2---H.R.-NACA0018-Fan2 H.R.-NACA4412-Fan290270圖4-23風(fēng)機(jī)翼片第一組集片分析圖S.R.-Fan3H.R.-NACA0018-Fan32704.4.1第一組翼片Cm分析從第一組的翼片中來看(圖4-25)在同一條在線分析不同的峰值與各為何者集片，從圖中看出^色點(diǎn)的峰值為NACA0018(H.R.)所受力后對整體的效能，從(圖 4-26)可視化流場中可以發(fā)現(xiàn)，大部份的壓力都因愛NACA4412(H.R.)的影響，使得NACA0018(H.R.)在低風(fēng)速并未發(fā)揮有效的功用，而藍(lán)色點(diǎn)的波峰為NACA4412(H.R.)在第一組翼片80度時(shí)最大的扭矩?cái)?shù)，從(圖4-27)可視化流場中可以發(fā)現(xiàn)，阻力型集片受被壓小，NACA4412(H.R.)蕖片時(shí)尾部受到壓力大，能有效的帶動整體的翼片組，紅色波峰為阻力型(S.R.)在100度時(shí)有最大的峰值，(圖4-28)可視化流場中可以發(fā)現(xiàn)，因阻力型(S.R.)的受風(fēng)面積變多了，進(jìn)而推動整體風(fēng)機(jī)，此時(shí)，其他二種集片并不太大的功用,而是讓阻力型風(fēng)機(jī)帶動。以Fan]90 180 270 360圖4-25第一組翼片峰值位置圖348*4012.89H229e*011.69?+01109?401496e-H)0-103e*00-7.01e+00-130e401■1.90e+01?2490*01?309*401?3690Ml4.290XM-489e-H)1?548?-M)1-608e-M)1-7.28e+O1-788?+O1-847e401ContoursofStaticPressure(pascal)(Time=20250e*01)圖4-26第一組翼片NACA0018集片3.70e+013.07e+012.45e+011.82e+011.19e+015.68e+00-5.86e-01-6.85e-H)0-1.31e+01-1.94e+01-2.56e+01-3.19e+01-3.82e+01-4.44e-H)1-5.07e+01-5.70e+01-6.32e+01-6.95e+01-7.57e-H)1-8.20e-H)1-8.83e+01ContoursofStaticPressure(pascal)(Time=2.0400e+01)3.39e+01-6.19e+013.39e+01-6.19e+012.91e+012.43e+011.95e+011.48e+019.96e+005.17e+003.80)01-4.41e+00-9.20e+00-1.40e+01-1.88e+01-2.36e+01-2.84e+01-3.32e+01-3.80e+01-4.27e+01-4.75e+01-5.23e+01-5.71e+01ContoursofStaticPressure(pascal)(Time=2.0600e+01)圖4-28第一組翼片阻力型集片從第二組的翼片中來看(圖4-29)在同一條在線分析不同的峰值與各為何者集片，從圖中看出^色點(diǎn)的峰值為NACA0018(H.R.)所受力后對整體的效能，從(圖4-30)可視化流場中可以發(fā)現(xiàn)，大部份的壓力都因愛NACA4412(H.R.)的影響，使得NACAOO18(H.R.)在低風(fēng)速并未發(fā)揮有效的功用，而藍(lán)色點(diǎn)的波峰為 NACA4412(H.R.)在第二組翼片190度時(shí)最大的扭矩?cái)?shù)，從(圖4-31)可視化流場中可以發(fā)現(xiàn)，阻力型集片受被壓小，NACA4412(H.R.)蕖片時(shí)尾部受到壓力大，能有效的帶動整體的翼片組，紅色波峰為阻力型(S.R.)在240度時(shí)有最大的峰值，(圖4-32)可視化流場中可以發(fā)現(xiàn)，因阻力型(S.R.)的受風(fēng)面積變多了，進(jìn)而推動整體風(fēng)機(jī)，此時(shí)，其他二種集片并不太大的功用,而是讓阻力型風(fēng)機(jī)帶動。圖4-29第二組翼片峰值位置圖3.57e+013.02e-K)12.48e4011.93e+011.38e+018.34e-H)02.86e400-2.62e+00-8.09e+00-1.36e+01-1.90e+01-2.45e-H)1-3.00e+01-3.55e+01-4.09e-H)1-4.64e-H)1-5.19e+O1-5.74e+01-6.29e+01-6.83e-K)1-7.38e+O1ContoursofStaticPressure(pascal)(Time=2.0850e+01)圖4-30第二組翼片NACA0018集片3.76e+013.13e4012.50e-H)11.87e+011.24e-H)16.03e4C0-2.91e-01-6.61e-H)0-1.29e+01-1.93e+O1-2.56e-H)1-3.19e-H)1-3.82e+01445e+01-5.09e-H)1-5.72e+01-6.350401-6.98e+01-7.61e-H)1-8.25e-K)1-8.88e+01ContoursofStaticPressure(pascal)(Time=2.1050e+01)圖4-31第二組翼片NACA4412集片3.42e-H)1-5.10e+013.42e-H)1-5.10e+012.99e+012.56e+012.14e+011.71e+011.290401861e*004.3694009.86e-02-4.16e+00-8.42e+00?1.27e+01-1.69e+01-2.12e+01-2.54e+01-2.97e+01-3.40e+01-3.82e+01-4.25e+01-4.67e-H)1ContoursofStaticPressure(pascal)(Time=2.1250e+01)圖4-32第二組翼片阻力型集片從第三組的翼片中來看(圖4-33)在同一條在線分析不同的峰值與各為何者集片，從圖中看出^色點(diǎn)的峰值為NACA0018(H.R.)所受力后對整體的效能，從(圖4-34)可視化流場中可以發(fā)現(xiàn)，大部份的壓力都因愛NACA4412(H.R.)的影響，使得NACA0018(H.R.)在低風(fēng)速并未發(fā)揮有效的功用而疊色點(diǎn)的波峰為NACA4412(H.R.)在第三組翼片310度時(shí)最大的扭矩?cái)?shù)，從(圖4-35)可視化流場中可以發(fā)現(xiàn)，阻力型集片受被壓小，NACA4412(H.R.)集片時(shí)尾部受到壓力大，能有效的帶動整體的翼片組，紅色波峰為阻力型(S.R.)在350度時(shí)有最大的峰值，(圖4-36)可視化流場中可以發(fā)現(xiàn)，因阻力型(S.R.)的受風(fēng)面積變多了，進(jìn)而推動整體風(fēng)機(jī)，此時(shí)，其他二種集片并不太大的功用，而是讓阻力型風(fēng)機(jī)帶動。圖4-33第三組翼片峰值位置圖358?4013.05H252H1.990XM146,M19.27?400397e*00-1.34e+00-664e-H)0-1.19e+01-1.73e401-2.26*401-2.79e+01-3.32e+01-385e+O1438,M1-4.918401-5.97e+O1-650?-H)1-703eM1ContoursofStaticPressure(pascal)(Time=21500e*01)圖4-34第三組翼片NACA0018蕖片3.89e*013.25e*012.62e+011.98e+01135e+017.13e+007.81e-01-5.57e+00-1.19e+01-1.83e+01-2.46e+01-3.10e+01-3.73e+01<4.36e*01-5.00e+01-5.63e+01-6.27e+01?6.90e+01-7.54e+01-8.17e+01-8.81e+01ContoursofStaticPressure(pascal)(Time=2.1700e+01)3.46e-F01-5.33e+013.46e-F01-5.33e+013.02*4012.58e+012.14e+011.70e+011.26e+018.25e+003.85e+00-5.54e-01-4.95e-H)0-9.35e+00-1.38e+01-1.82e*01-2.26e*01-2.70e+01-3.13e+01-3.57e+01401e+01-4.45e+01-4.89e+01ContoursofStaticPressure(pascal)(Time=2.1900e+01)圖4-36第三組翼片阻力型集片結(jié)合了阻力型與升力型（NACA0018、NACA4412）翼型構(gòu)造，軸向風(fēng)機(jī)阻力型幾何尺寸半徑為0.14mx翼片厚度0.003m翼片弧度為50度為最佳外型，導(dǎo)流板角度為30度效果最好。而升力型NACA0018翼型半徑為0.28m,厚度0.02x長0.1m,NACA4412翼型半徑為0.42m,厚度0.Olx長0.1m。在架構(gòu)上我們以不同結(jié)構(gòu)風(fēng)機(jī)仿真于不同風(fēng)速與周速比。風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)為三片式阻力型翼片加上升力型NACAOO18與NACA4412翼片，所形成三種不同翼型的垂直風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)（S.R.+H.R.NACAOO18+H.R.NACA4412）,首先我們以風(fēng)速5m/s的狀況下進(jìn)行模擬分析，所得出的結(jié)果為（圖4-37）所示，三種不同的結(jié)構(gòu)仿真出的功率曲線圖，而S.R.+H.R.NACA0018+H.R.NACA4412結(jié)構(gòu)風(fēng)機(jī)在0.528入時(shí)有最大功率值0.34。在不同的九下分析出加了NACAOO18與NACA4412翼型風(fēng)機(jī)，其周速比值在于0到2之間，算是落在小型風(fēng)機(jī)的周速比上。加了NACAOO18與NACA4412的風(fēng)機(jī)的周速比的確是高于前者。將三種不同結(jié)構(gòu)的風(fēng)機(jī)構(gòu)成流場可視化，結(jié)果可以很明顯的看到S.R.+H.R.NACAOO18結(jié)構(gòu)風(fēng)機(jī)（圖4-38）,高壓區(qū)較?。▓D4-38區(qū)f）,原因?yàn)镸odel-2S.R.+H.R.NACAOO18的風(fēng)機(jī)受風(fēng)面較小，還有翼型形狀也有關(guān)系在于風(fēng)機(jī)后方所產(chǎn)生的低壓值區(qū)塊也是沒有明顯的變化（圖4-38b、c）,隨著風(fēng)機(jī)集片的帶動下，受迎風(fēng)面之影響，使低壓區(qū)消散的速度較慢，使得風(fēng)機(jī)不能順利的帶動（圖4-38d、e）,相比較下于Model-3S.R.+H.R.NACA0018+H.R.NACA4412（圖4-39）,因受風(fēng)面積較大的關(guān)系（圖4-39&所受到的高壓區(qū)明顯的比Model-2S.R.+H.R.NACAOO18結(jié)構(gòu)風(fēng)機(jī)，的區(qū)域范圍來的大上許多（圖4-39b、c）,在低壓區(qū)上尾緣渦流也較早蹄開風(fēng)機(jī)集面（圖4-39d、e）,使得集片更快的被帶動。一樣在相同的5m/s風(fēng)速下分析速度場，Model-2S.R.+H.R.NACAOO18速度的流場，風(fēng)流經(jīng)NACAOO18集