翼尖帆應用於水平軸風機數值模擬

Abstract

本研究使用數值方法模擬額定風速下水平軸風機葉片的流場及物理性質分析。吾人使用商業套裝軟體ANSYS CFX高階解析方法，葉片在靜止條件下及旋轉條件下求解非穩態不可壓縮納維－斯托克斯方程式（Navier-Stokes equations）。紊流模型選擇剪應力傳輸SST(Shear Stress Transport) 與分離渦流模擬法DES(Detached Eddy Simulation)兩種方法或合在一起來模擬分析。計算格點由ANSYS ICEM CFD 產生非結構性網格，採用混合型網格，於葉片模型周圍建立棱柱型網格(Prism Mesh)來模擬邊界層黏性流場，其他計算領域則採用四面體網格(Tetrahedron Mesh )。 首先選了幾個簡單的例子:圓柱繞流、NACA0012翼剖面之流場模擬和NREL-5MW 風機的葉片流場模擬，藉此了解邊界設定、紊流模組及網格結構對於流場的影響，並與相關的論文資料來做數值的比對。再來使用由美國萊特州立大學機械材料工程科系教授Zifeng Yang所設計製造的水平軸風機葉片為主要探討對象，並以其為參考標準，針對葉片頂端加裝Zifeng Yang所設計之翼尖帆(Winglet)來進行模擬分析。靜止條件下，模擬有無翼尖帆葉片的流場壓力、流場速度及受力情形。旋轉條件下，模擬有無翼尖帆及改變翼尖帆長度之葉片的流場壓力、流場速度、發電?率及產生噪音大小。對其模擬結果進行分析，並討論翼尖帆對於葉片氣動力特性及流場之影響。

Date of Award	2014 Jul 8
Original language	Chinese
Supervisor	San-Yih Lin (Supervisor)