鄚榮和Cheng, Jung-Ho臺灣大學:機械工程學研究所洪顥庭Hung, Hao-TingHao-TingHung2010-06-302018-06-282010-06-302018-06-282008U0001-2507200817400800http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/187326鼓風機的發展和工業科技進步息息相關，廣泛應用於國民經濟各部門，在燃料電池系統中亦是如此。專用鼓風機除提供陰極氣體之外，在系統之中亦為主要內耗元件，影響燃料電池。設計鼓風機，需要針對其外在操作環境狀況和功能的要求，方能得到比較好的設計尺寸和結果。研究針對燃料電池系統的要求，找尋國外廠商的鼓風機產品做為改良原型。除了參閱相關經驗公式外，亦使用CFD軟體觀察內部流場，做為改良設計和參數的依據，例如增加葉片高度、改變葉輪側板設計等，並應用這些相關知識，將廠商的產品做系統化的參數改良，以符合所使用的5kW燃料電池系統的實際要求。廠商產品在流量0.5CMM下，靜壓輸出為8,300Pa，效率70%。經過設計改良後，將可使靜壓輸出提升至11,443Pa，效率表現達到82.5%。本研究證實應用這些知識，觀察流場現象以提出改善方法，是有實質效用且可以實際應用於高性能之高轉速鼓風機之改良。The air-blower development is closely bound up with industrial scientific and technological progress, and applies to every department of national economy extensively, included the system of the fuel cell. The special-purpose air-blower, except offering air to the cathode in the stack, and it is also a main component which efficiency is a critical factor in maximizing the overall efficiency of the fuel cell system. To design the air-blower needs to understand its operating environment and requirement, so that we can get better design size and result. his research directs against the requirement for the system of the fuel cell, look for the air-blower products of the foreign manufacturer as the improving prototype. Besides consulting relevant empirical formulae, also use CFD software to observe the inner flow, as the improving bases and strategies to improve the problem found in inner flow region, for example increase the impeller highly, change the impeller side board to design etc., and employs these relevant knowledge to improve the parameter of the manufacturer product systematized, in order to fit 5kW fuel cell system''s requirement. nder the flow 0.5CMM, the product of manufacturer provides 8,300Pa in static pressure, 70% in efficiency. After designing and improving, it provides 11,443Pa in static pressure, 82.5% in efficiency. This study verifies that employing the knowledge, observing the phenomenon in the flow to propose improving method, have essence utility and can be actually applied to the improvement of the high performance, high rotational speed air-blower.目錄謝 I要 IIIbstract V錄 VII目錄 XI目錄 XV號表 XVII一章 緒論 1.1. 研究背景 1.2. 鼓風機介紹 2.2.1. 風機分類 2.2.2. 離心式風機介紹 3.2.3. 葉片型式 4.3. 研究動機 7.4. 研究目標 8.5. 研究方法 9.6. 使用軟體簡介 10二章 相關文獻及流場理論 13.1. 文獻回顧 13.1.1. 性能表現與實驗討論 13.1.2. 數值模擬分析 15.2. 流場現象 17.2.1. 流場分離（Separation） 18.2.2. 迴流（Recirculation flow） 20.2.3. 漏流（Leakage flow） 21.3. 葉輪進、出口速度三角形 21.4. CFD求解 24.4.1. 統御方程式 24.4.2. 紊流模型k-ε解法 26.4.3. 離散法則 27.4.4. SIMPLE METHOD 29.4.5. CFD分析流程 30.5. 相似原理 31三章 CFD模擬驗證 35.1. 流場環境假設 36.2. CFD模擬驗證分析 36.2.1. 模型尺寸截取與繪製 36.2.2. 邊界條件和收斂標準 40.2.3. 網格需求的數量 41.2.4. 模擬驗證比對 43.3. 結論 47四章 鼓風機改良設計方法 49.1. 設計目標及改良策略 50.1.1. 設計目標 50.1.2. 流場觀察 51.1.3. 改善策略方法 56.1.4. 優劣判準方式 57.2. 鼓風機參數修改與分析討論 57.2.1. 葉片數目修改 58.2.2. 葉片高度修改 62.2.3. 側板流道和葉片弦長相對關係 65.2.4. 出口面調整 66.3. 改良分析結果及探討 69五章 鼓風機改良設計方法II 73.1. 改良策略 74.2. 改良過程 75.2.1. 原型鼓風機改良 75.2.2. 12葉片鼓風機改良 76.2.3. 12片葉片、8mm葉片高度鼓風機改良 77.3. 改良結果和探討 78.3.1. 改良結果 78.3.2. 改良探討 82六章 實物實驗 85.1. 風機性能量測 86.1.1. 法規介紹 86.1.2. 風洞硬體架設 89.1.3. 壓力量測設備 92.1.4. 馬達及轉速量測設備 93.1.5. 實驗環境架設 95.2. 實際量測驗證 98.2.1. 馬達轉速量測 98.2.2. 鼓風機試驗法 99.3. 實驗結果 100.3.1. 馬達轉速量測結果 100.3.2. 鼓風機實驗量測數據 100七章 結論與建議 107.1. 研究成果 107.2. 未來方向 108.3. 結論 109考文獻 1113978081 bytesapplication/pdfen-US高轉速離心式鼓風機設計改良計算流體力學燃料電池系統high rotation speedcentrifugal blowerblower improve methodCFDfuel cell systemthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/187326/1/ntu-97-R95522506-1.pdf