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研究生: 張雅程
Chang, Ya-Cheng
論文名稱: 極端風況下離岸風力發電機之受力分析
Analysis of Wind Load on the Offshore Wind Turbine under Extreme Wind Condition
指導教授: 賴啟銘
Lai, Chi-Ming
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 91
中文關鍵詞: 離岸風力發電機CFD數值模擬極端風速
外文關鍵詞: offshore wind turbines, CFD numerical simulation, extreme wind
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  • 由於極端風荷載是造成離岸結構物損壞之主因,再加上歐美風力發電機組非針對台灣多颱風之海象環境所設計,因此,分析台灣海域之極端風力作用於離岸結構物之受風特性,對台灣未來發展離岸風力發電有相當的幫助。
    首先本研究利用計算流體力學(Computational Fluid Dynamics)軟體FLUENT模擬參考文獻之風洞試驗結果數據,藉由比對風阻(C_D)及昇力(C_L)係數,確保數值模擬分析流程建立之正確性及可行性後,再利用本研究建立離岸風力發電機組之案例,透過來風角度、極端風速、機艙長寬比三個變因,探討案例之機艙及塔架的受風特性。研究結果發現,當流場雷諾數超過臨界值後,風阻及昇力係數會趨於定值;另外透過縮尺模型模擬足尺(full-Scale)模型時,發現其風阻及昇力係數結果相同,故未來能利用縮尺模型進行模擬,以減少模擬計算時間。雖然機艙之來風風速較塔架大,但整體之最大負風壓值在塔架側風面,故若以機艙作為整體風力發電機組的設計基準,將會低估最大負風壓值。

    Several damage surveys indicate many failures of offshore structures because of extreme wind force, and Taiwan’s sea area have high frequency typhoons. Thus, if Taiwan wants to develop offshore wind power, it is important to analyze the characteristics of wind force on offshore wind turbines under extreme wind conditions.

    In this thesis, numerical models based on FULENT which is a Computational Fluid Dynamics (CFD) commercial software. First, comparison between numerical results and reference date was carried out to verify the accuracy of the numerical simulation analysis process. Second, establishing the offshore wind turbine’s model and changing some variables to analyze the wind load characteristics how affects the model. Finally, this thesis discussing the characteristics of nacelle obtained by the mean drag & lift coefficients with the variation in angle, and comparing nacelle with tower by wind pressure value.

    摘要 I EXTENDED ABSTRACT II 致謝 XI 目錄 XII 符號表 XIV 表目錄 XV 圖目錄 XVI 第一章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 研究方法與目的 3 1.3 文獻回顧 3 1.4 論文架構 6 第二章 基礎理論 7 2.1 風洞試驗 7 2.2 大氣邊界層 11 第三章 研究方法 14 3.1 數值模擬方法 14 3.2 模擬架構與設定 20 3.3 數值模擬與實驗數據比較 30 第四章 結果與討論 41 4.1 案例之模擬設定 41 4.2 機艙模擬結果討論 48 4.3 塔架模擬結果討論 79 第五章 結論與建議 87 5.1 結論 87 5.2 建議 88 參考文獻 89

    ANSYS(2009), User’s Guide for ANSYS FLUENT 6.3, ANSYS, Inc.
    ASCE/AWEA Committee(2011), “Recommended Practice for Compliance of Large Land-basd Wind Turbine Support Structures” Available at:www.awea.org. Accessed 3 Jun 2014.
    Ben Charles Franzluebbers, CM.(2013), Drag Coefficients of Inclined Hollow Cylinders: RANS versus LES, University of Worcester polytechnic institute,Electronic Projects.
    Clausen, Niels-Erik, Ott, S., Tarp-Johansen, N-J., Nørgård, P.B.,Larsén, X. G., Pagalilawan, E.M., Hernando,S.(2006), Design of wind turbines in an area with tropical cyclones (poster). Brussels: European Wind Energy Association.
    Dai Yi Min, Yan Xu Guang, Wang Xiang Jun, Lu Wei Hua, Liu Ye(2010), Numerical simulation of wind flow around wind turbine tower. Journal of Hunan University of Science & Technology 28(3):47-52
    Davenport,A.G., Rationale for Determining Design Wind Velocities, Journal of the Structural Division, ASCE, vol. 46, No.ST51960, pp.39-62.
    Defraeye, Thijs, Bert Blocken, Erwin Koninckx, Peter Hespel, and Jan Carmeliet (2010), Aerodynamic study of different cyclist positions: CFD analysis and full-scale wind-tunnel tests.Journal of Biomechanics 43 (7):1262-1268.
    Eecen, P.J., Barhorst, S.A.M.(2004), Extreme wind conditions: Measurements at 50 m Meteorological Mast at ECN, Energy research Centre of the Netherlands.
    Germanischer Lloyd. Guideline for the certification of wind turbines.(2003)
    Germanischer Lloyd. Guideline for the certification of wind turbines.(2010)
    Gomathinayagam, S., Vendhan, C. P. and Shanmugasundaram, J. (2000), Dynamic effects of wind loads on offshore deck structures — A critical evaluation of provisions and practices.Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 84 (3):345-367.
    IEC 61400-1. Wind turbines—Part 1: design requirement.(2005)
    Li, G. (2000), Feasibility of large scale offshore wind power for Hong Kong — a preliminary study.Renewable Energy 21 (3–4):387-402.
    Li, Zheng Quan, Sheng Jun Chen, Hao Ma, Tao Feng (2013), Design defect of wind turbine operating in typhoon activity zone. Engineering Failure Analysis 27 (0):165-172.
    Munson, B.R.,Young, D.F., Okiishi, T.H. (2006), Fundamental of Fluid Mechanics(5st ed),Wiley.
    Noda, Hiroshi,Takeshi Ishihara (2014),Wind tunnel test on mean wind forces and peak pressures acting on wind turbine nacelles. Wind Energy 17 (1):1-17.
    Patankar, S. V., Spalding, D.B. (1972), A calculation procedure for heat, mass and momentum transfer in three-dimensional parabolic flows. International Journal of Heat and Mass Transfer 15 (10):1787-1806.
    Prandtl,L.(1904),Über Flüssigkeitsbewegung bei sehr kleiner Reibung Verhandlungen DesIII. Internationalen Mathematiker- Kongress:484-491.
    Tennekes, H.(1973), The Logarithmic Wind Profile, Journal of the Atmospheric Science. Vol.30 ,pp.234-238
    The World Wind Energy Association "2013 Half-year Report" Available at: www.wwindea.org Accessed 28 Jun 2014.
    內政部營建署(2006),「建築物耐風設計規範及解說」,民國九十五年,台北。
    方富民、鍾政洋、李振豪(2010),以數值計算方法評估方柱形狀建築物之受風效應,建築學報 (71):頁119-32。
    台灣電力公司(2014),「再生能源發電概況」網址: www.taipower.com.tw/content/new_info/new_info-b34.aspx 4/20/2014
    江俊明(2013),「考慮流固耦合效應之水平軸風力發電機氣動力特性數值研究」,國立台灣科技大學機械工程系碩士論文。
    李肇軒(2002),「圓柱體形建築物表面風壓之實驗研究」,國立中央大學土木工程研究所碩士論文。
    邱瓊萱(2004),通風管管頂型式對室內通風效益影響之研究」,國立成功大學建築研究所碩士論文。
    吳佩學、謝琛、 張順富、羅翊文(2010) 「小型競賽車風阻之實驗與數值探討及設計改進.」,科學與工程技術期刊 6 (4):頁9-18。
    周郁汶(2013),「建築物與地形在大氣邊界層中的流場模擬」,國立中央大學機械工程研究所碩士論文。
    蒲姿榕(2008),「台灣地區颱風之風速剖面參數探討」,國立臺灣海洋大學河海工程學系碩士論文。
    蔣昀祐(2011),「小型低速風洞模擬大氣邊界層形成之研究-以朝陽科技大學風洞為例」,朝陽科技大學建築及都市設計研究所碩士論文。
    鄭啟明,羅元隆(2009),「風力規範之標準地況分類與紊流邊界層特性研究」,建築學報(68):頁103-20。
    賴啟銘(2013),先導型離岸風電計畫之場址評估與遴選,能源國家型科技計畫離岸風力主軸計畫成果報告

    下載圖示 校內:2016-06-27公開
    校外:2017-06-27公開
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