薄片型葉片長寬比及輪鼓尺寸 對水平軸風力機系統性能之研究

Research on the influences of flake-type blade aspect ratio and hub size on the performance of a horizontal-axis wind turbine system

黃一純(Huang-Yi Chun)

指導教授 ： 翁輝竹

中原大學/工學院/機械工程研究所/碩士(2014年)

https://doi.org/10.6840/cycu201400588

摘要

中文摘要
本論文完成水平軸風力機系統性能之研究，主要目的在探討不同風速及攻角
下、葉片長寬比及輪鼓尺寸對其機械能源、電力能源、轉子轉換效率、發電機
轉換效率及總轉換效率之影響。首先，以鍍鋅鐵薄片設計出不同長寬比的葉片。
接著，將葉片連接在不同尺寸的輪鼓並將其轉子結合於發電機上。再者，架設
該風力機於風洞測試系統中，使用風速計、轉速計、扭力傳輸器及電量計量取
風速、轉速、扭矩及發電量以獲得水平軸風力機系統性能之數據。最後，使用
STAR CCM+模擬軟體分析葉片表面壓力、速度及流線，以了解動態現象之成因。
研究結果發現，在一般情形下，機械能源、電力能源、轉子轉換效率、發電
機轉換效率及總轉換效率在不同風速及攻角下皆隨葉片長寬比及輪鼓尺寸減小
而增加。然而隨著輪鼓尺寸持續減小，以上性能參數則增加至極大值後下降。

關鍵字

水平軸風力機，風力能源，能源轉換、葉片長寬比，輪鼓尺寸

並列摘要

Abstract
This thesis conducts a study on the performance of a horizontal-axis wind turbine
system. The main purpose is to investigate the influences of blade aspect ratio and
hub-swept size ratio on its mechanical energy, electrical energy, rotor conversion
efficiency, generator conversion efficiency, and total conversion efficiency for
different wind speeds and attack angles. Frist, we design flake-type galvanized-iron
blades with different aspect ratios. Second, we connect the blades to the hubs with
different sizes and combine the rotor to the generator. Third, we set up the wind
turbine in the wind tunnel test system and then measure the wind speed, rotational
speed, torque, and power generation by using an anemometer, a tachometer, a torque
transducer, and an electricity meter, so as to obtain the horizontal-axis wind turbine
system performance data. Finally, we use STAR CCM+ for simulation to analyze the
blade surface pressure, velocities, and streamlines, so as to realize the cause of
dynamic phenomena.
Results reveal that all the mechanical energy, electrical energy, rotor conversion
efficiency, generator conversion efficiency, and total conversion efficiency in general
increase with the decreases in the blade aspect ratio and the hub size for different
wind speeds and attack angles. However, when the hub size decreases further, these
performance parameters would increase to their maxima and then decrease.

並列關鍵字

horizontal-axis wind turbine ； wind energy ； conversion efficiency

參考文獻

黃暉仁, 2013, 葉片扭轉角對水平軸風力機系統性能之研究, 碩士論文, 機械工程

林宜緯, 2009, 圓錐裝置對風力機流場的影響, 碩士論文, 動力機械工程學系, 國

張瑞榮, 蘇承佑, 2011, “小型複材風力機葉片之標準化製程技術,” 中華科技大學,

鄭泗滄, 尤芳忞, 徐彬堯, 翁慶隆, 2006, “風車葉片運動模擬與動態分析,” 航空、

徐彬堯, 2005, 風車葉片運動模擬與動態分析, 碩士論文, 航太工程學系, 國立成