更多電子報

 

應用 FLOW-3D 於潮流/海洋發電之水車旋轉性能評估

 
作者 :

日本大學理工學部 海洋建築工學科 居駒知樹

 

近年來,各國積極投入再生能源的研究課題,希望能夠取代傳統的能源供應方式。對一個四面環海的國家而言,海洋工學是個重要的課題。近年來,多種相關的研究陸續被提出,例如大規模的風力發電,海洋溫差發電,潮流發電 … 等。

本研究採用的,是在一浮體上安裝水車,將浮體放至於海洋上,利用海水的運動推動水車而發電。由於海水的運動非常複雜,加上安裝水車的浮體本身也會隨著海洋的波浪運動,因此這是個值得深入探討的課題。

本研究主要是針對應用於浮體上的水車設計,進行其選轉效能評估,採用的水車為立式水車(如下圖)。

 

水車與風車的設計類似,唯一不同的是放置的流體不同。旋轉過程中,翼片後方產生的渦流會影響水車的性能,因此必須進行翼面形狀的調整。

本文的研究方式,是先採用翼面理論設計出翼面外形,再以 FLOW-3D 進行模擬,測試在不同的水流運動條件下,翼面外型的設計參數對於水車性能的影響。

根據翼面理論,水車在旋轉過程中的受力如下圖。

 

相關的參數公式如下:

 

水車的翼面外型以 NACA63 3 -018 為基礎,相關的參數如下圖。

 

並且設計三種不同的翼面外型。

 

將設計完成之水車模型轉成 3D STL 圖檔,採用 FLOW-3D 之 GMO ( General Moving Obstacle )模組進行流固耦合計算。

採用四種不同的水流速度: 0.8m /sec, 1.0m /sec, 1.2m /sec, 1.4m /sec 。

 

以下為 FLOW-3D 模擬之相關結果。