清華大學動力機械工程學系學位論文
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本研究的目的為驗證「橫向主動繫泊海流發電系統」在長鏈狀態下的佈置角狀態、一般海況下的穩定性以及下潛躲避風浪之可行性。橫向主動繫泊海流發電系統利用潛浮於水下的水翼牽引發電機組，透過改變水翼攻角以及重心，來改變發電機在水平以及垂直方向上的位置。先前的研究透過理論分析以及初步的縮尺模型實驗對系統進行初步研究，顯示透過改變水翼的攻角，能使系統產生一定大小的佈置角，使發電機有一定大小的橫向移動，在一般的天氣狀況下長鏈系統能維持穩定，且長鏈下潛至一定深度能躲避風浪。本研究希望更進一步地透過全系統長鏈縮尺模型的定量實驗進一步驗證該系統的基本功能。首先，依照福祿數製作對應的縮尺比例模型以及流場以進行實驗。接下來針對單一發電機-水翼單位的縮尺模型進行佈置角大小分析以及穩定性觀察。然後將多個水翼-發電機單位串起來置於泳池的實驗流場中，觀察長鏈模型佈置角與單一單位及理論分析的異同及系統的穩定性。最後將縮尺模型組合成發電長鏈，並在泳池的實驗流場中製造符合縮尺規模大小的浪，以模擬不同海況，並測試其對長鏈縮尺模型的佈置角大小、穩定性以及下潛躲避風浪能力的影響。
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液靜壓軸承具有較佳的承載力、剛性和迴轉精度等特性，被廣泛應用於精密磨削工具機。對於皮帶驅動式磨床來說，其加工精度容易受到皮帶張力和磨削力的影響，故本研究將針對搭載於磨床機構之液靜壓主軸進行設計，預期利用液靜壓性能改善主軸振動問題以提升整體加工水準。 本研究透過雷諾方程式和有限差分法等基礎理論的推導，以數值分析方式建立模擬程式，可用於評估軸頸軸承和止推軸承之油膜壓力分布、承載力、剛性以及流量。並參考市面上磨床機構的規格與工作需求，設計出一液靜壓主軸，其特點為軸承各油腔將採用不一致的孔口節流器配置，以預先提供固定負載，來平衡主軸受到初始皮帶張力所導致的偏心。從性能模擬結果得知，此設計所能提供的承載力範圍較大，且在較大偏心率時仍能維持較佳的剛性表現。 最後完成液靜壓主軸的加工與組裝，接續進行靜態性能測試，確認節流器有達到預期節流與補償作用，並探討實際節流器流阻、油膜厚度或油品性質的影響，對模擬程式予以修正與優化，使其能更符合真實情形，將有利於液靜壓性能的預測。經由以上結果驗證本研究之主軸設計與性能模擬程式的可行性，也體認到液靜壓主軸對製造精度與油品性質要求的重要性。
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利用多鬆弛時間適應性網格加密晶格波茲曼法模型來直接數值模擬平板渠道紊流(Reτ = 180, 395, 640)。更進一步地，平板渠道紊流具壁面噴流(Reτ =150, v0/uτ = 0.05) 和 (Reτ = 250, v0/uτ = 0.05, 0.1, 0.16, 0.26)第一次用多鬆弛時間晶格波茲曼法來模擬。為了用直接數值方法來擷取近壁面邊界層的流場特性，一個利用高∆+階層加密程序被建立，用來捕捉近壁面流場快速變化的特性。對於目前實現的平板紊流而言，三個以壁面為單位∆+網格大小，大約是1, 2, 4。對於進階的平板紊流壁面具噴流(Reτ =150, v0/uτ = 0.05)而言，其三個∆+網格大小，大約是0.853, 1.705, and 3.409。對於另一個的平板紊流壁面具噴流的模擬(Reτ =250, v0/uτ =0.05,0.1, 0.16, 0.26)，其三個∆+網格大小，大約是0.781, 1.563, and 3.125。由於晶格波茲曼法的數值顯示特性，此數值程序在圖形顯示卡叢集上執行以及在統一計算架構上實現。強標度律(strong scaling)顯示了現行模擬極佳的可擴展性。整體而言，純粹平板紊流(Reτ = 180, 395, 640) 在D3Q19和D3Q27模型下，模擬結果顯示幾乎沒有不同。和標準答案相比下，前述具有適應性網格的模擬，產生令人滿意的紊流量。更進一步，紊流能量收支也進行了討論。
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