本論文使用計算流體動力學模擬水平軸風力發電機之葉片傾角對其運轉性能之影響。本研究有分析不同紊流模型、葉片傾角、轉速、風速對輸出功率之影響。結果顯示，紊流模型RNG k-ε model較適合模擬25kw風力發電機之流場，而在相同轉速下，藉由增加葉片傾角可提高風力發電機之輸出功率。然而，相同風速下，可降低葉片傾角來提升風力機之輸出功率。另外，由研究分析結果可發現，較大的葉片傾角有利於風力發電機的微風起動。最後，較小的葉片傾角適用於較低風速且穩定的風場條件，而較大的葉片傾角則適用於較大風速的風場條件。若在較低風速且穩定的風場下，較小的葉片傾角較合適。

This article analyzes the effect of the blade pitch on the performance of horizontal axis wind turbine using the computational fluid dynamics. The study has focus specifically on the effects of various turbulence models, blade pitch, rotating speed, and wind speed on the output power of the wind turbine. It shows that the RNG k-ε turbulence model is more suitable for simulating the 25kw wind turbine. The results also show that under the same rotating speed, the output power of the wind turbine increases as the blade pitch is increased. However, under the same wind speed, the output power increases as a smaller blade pitch is presented. Furthermore, the results also show that a larger blade pitch is beneficial for starting the wind turbine. Finally, a smaller blade pitch is more suitable for a lower wind speed with a stable wind field, whereas a larger blade pitch is suitable for a larger wind speed.

中文摘要 …………………………………………………………... i
英文摘要 …………………………………………………………... ii
誌謝 …………………………………………………………... iii
目錄 …………………………………………………………... v
表目錄 …………………………………………………………... vii
圖目錄 …………………………………………………………... viii
符號說明 …………………………………………………………... x
第一章 緒論…………………………………………………....... 1
1.1 前言…………………………………………………... ... 1
1.2 風力發電機輸出功率特性…………………………... ... 15
1.3 文獻回顧…………………………... ... ……………... ... 16
1.4 研究目的………………………………………………... 28
1.5 研究方法………………………………………………... 28
1.6 研究架構………………………………………………... 29
第二章 數值方法………………………………………………... 31
2.1 統御方程式……………………………………………... 31
2.2 CFD原理介紹………………………………………..… 33
2.3 SIMPLE演算法……………………………………….... 36
2.4 紊流模型………………………………………….…….. 38
2.4.1 Standard K-ε模型………………………………….….. 39
2.4.2 RNG K-ε模型………………………………………….. 40
2.4.3 Realizable K-ε模型………………………………….… 42
2.4.4 Standard k-ω模型………………..…………………….. 44
2.4.5 SST k-ω模型…………………………………………… 48
第三章 幾何外型與數值分析…………………………………... 50
3.1 風力機規格…………………………………………....... 50
3.2 流場模型尺寸………………………………………....... 50
3.3 無因次參數……………………………………………... 53
3.4 計算環境及邊界條件……………………………...….... 53
3.5 網格獨立測試...……………………………………….... 54
第四章 模擬結果與討論………………………………………... 57
4.1 紊流模型比較...………………………………………… 58
4.2 輸出功率比較...……………………………………….... 61
第五章 結論與建議……………………………………………... 81
5.1 結論...………………………………………………….... 81
5.2 建議及未來展望.……………………………………….. 82
參考文獻 …………………………………………………………... 83
英文論文大綱 …………………………………………………………... 89

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