指導教授：陳發林臺灣大學：應用力學研究所張令沅Chang, Ling-YuanLing-YuanChang2014-11-302018-06-292014-11-302018-06-292014http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/264140本研究旨在設計一全新海面型黑潮電廠之概念，包括海面平台、渦輪機與錨固系統等等。依照所開出的需求設計出新式渦輪機，並對於渦輪機特性以及運作性能作動態分析，最後再計算在正常運轉時機身受到水流作用下的結構應力。 首先，針對黑潮海流的特性與淺海地形設計出本電廠之概念，包含渦輪機所需具備的運轉性能、海面平台的功用以及錨固方式的選擇，再針對渦輪機機身架構以及擴散器幾何作細部設計。一開始先設計擴散器基本幾何特徵，包含入出口面積比以及剖面攻角，再分別以平板及NACA系列翼型為剖面進行水中受力及性能之模擬，分析後選擇NACA6412作為擴散器的截面。接下來將設計好之擴散器外罩與機身結合，進行整體渦輪機機組的結構設計以及工作特性分析，從中得知渦輪機在黑潮推動下，正常運作時所設計出之渦輪機能夠以684kW的功率持續供電，同時受到1140kN的水流方向阻力，且所產生之動態效應皆不至於影響其穩定工作。完成整台渦輪機機組的受力與性能分析後，更進一步對機身結構進行固體力學的受力計算，藉由有限元素法的計算了解整個渦輪機機組在黑潮海流作用下對結構的負擔與整體型變的情況。 希望未來能藉由這個新型的概念，加速再生能源技術之發展，並拋磚引玉提供後人一個能夠繼續研究、改良的構想。This research presents a whole new concept of a surface-type Kuroshio power plant, which includes floating platforms, turbines and mooring system. Based on the power plant demands, we designed a new underwater turbine and analyzed its characteristics and performance. Finally, the structural stress was analyzed under normal operation condition. This concept is designed based on the characteristics of Kuroshio current and shallow sea landform. The key components include the performance demand of the turbine, the function design of the floating platform and choosing of the mooring system. After the concept is devised, diffuser and turbine assembly are designed in detail. The geometry of the diffuser is set first, including area ratio and the outlet angle. Performance and forces are analyzed with flat cross-section and NACA hydrofoil cross-section, with NACA 6412 profile as the optimal choice. The assembly of turbine and diffuser is devised and analyzed to help understand the performance and characteristics. Powered by Kuroshio, this turbine could generate 684kW with its dual rotor, whereas 1140kN of drag is induced. The induced dynamic phenomenon is too minor to impact the turbine’s steady operation in ocean currents. After the fluid dynamic analysis, solid mechanical analysis is performed by finite element technique , producing a stress-strain distribution that illustrates the structural reaction when operating in ocean currents.致謝 i 摘要 ii Abstract iii 目錄 iv 圖目錄 vi 表目錄 ix 符號說明 x 第一章、 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 文獻回顧 1 1.3 研究方法 4 第二章、 海面型黑潮電廠概念設計 6 2.1 渦輪機設計 7 2.2 海面平台設計 8 2.3 錨固系統設計 9 2.4 電廠施工程序設計 10 第三章、 擴散器性能設計 12 3.1 理論模型 12 3.2 數值計算方法 16 3.3 平板截面擴散器性能與分析 19 3.4 翼型截面擴散器性能與分析 24 第四章、 水平軸式渦輪機設計與動力分析 27 4.1 機身設計 27 4.2 流場分析 32 4.3 機身受力分析 35 4.4 渦輪機性能與功率輸出 38 4.5 動態行為與穩定性設計 40 第五章、 水平軸式渦輪機固體力學分析 53 5.1 固體力學數值計算 53 5.2 渦輪機受力情形與應力應變探討 59 第六章、 結論 65 6.1 結論 65 6.2 未來展望 66 參考資料 674610931 bytesapplication/pdf論文公開時間：2017/08/04論文使用權限：同意有償授權(權利金給回饋學校)水平軸式渦輪機擴散器外罩計算流體力學淺海型電廠黑潮發電thesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/264140/1/ntu-103-R01543031-1.pdf