本研究分為兩個部分，第一部分以垂直軸風力發電機轉子採用Ｈ升力型及Savonius阻力型，探討其在風扇流中的性能特性，並與其在自由流的性能特性比較，實驗結果顯示垂直軸風力發電機在風扇流中並沒有較佳的功率輸出性能。
　　第二部份以水平軸式風力發電機探討不同參數如:螺距角、轉子直徑、風機放置在風扇下游不同距離及三種不同風扇風源進行實驗，再與自由流性能特性比較，實驗顯示以螺距角7.5度、轉子直徑60公分、風機擺放距離5cm以及使用單風扇為風源為最佳組合，其功率輸出高於自由流260%，最後再以雷射都卜勒測速儀觀察風扇出口流場。L/Dh=0.111斷面局部高速明顯，L/Dh=0.444斷面流場明顯均勻化，單風扇量測距離增加影響最小，風力發電機轉子效應，主要由局部高風速主導，其效應較平均風速為大，故風機在四風扇與九風扇無法得到較高的功率輸出。

The thesis studies of waste wind energy recovery of exhaust fans by wind turbines, which is divided into two parts.The first part of thesis studies investigates the aerodynamic characteristics of vertical-axis wind turbine (VAWT) with H rotor and Savonius rotor in fan flow. Results show that the vertical-axis wind turbine does not had better power output in fan flow
The second part of thesis studies compare with wind tunnel test and experimentally investigates the aerodynamic characteristics of horizontal-axis wind turbine (HAWT) with different parameters such as: the pitch angle ,rotor diameter,the distances between fan and rotor,three kinds of fans. Results show the pitch angle of the blades is fixed at 7.5°, rotor diameter of 60 cm,the distances between fan and rotor of 5 cm and one fan  is the best combination.It’s power output above 260% free stream.Finally,observe the fan outlet flow field by laser Doppler velocimetry.Section L/Dh=0.111 has local high speed and the section L/Dh=0.444 have uniform flow field.Single fan measured distance increases with minimal impact.The aerodynamic characteristics of wind turbine  dominated by local high speed,so the wind turbine can not get a higher power output by  four and nine fan.

目錄
摘要	ii
Abstract	iii
圖目錄	vii
符號說明	xi
第1章 緒論	1
1-1 研究背景	1
1-2 風力發電機簡介	4
1-2-1 水平軸式風力發電機	4
1-2-2 垂直軸式風力發電機	4
1-3 文獻回顧	8
1-4 研究目的	11
1-5 論文架構	12
第2章 實驗設備與量測儀器	13
2-1 實驗設備	13
2-1-1 大型風洞	13
2-1-2 小型風洞及風扇組	13
2-1-3 煙霧產生器	14
2-2 實驗量測儀器	14
2-2-1 雷射都卜勒測速儀	14
2-2-2 轉數扭力量測系統	16
2-2-3 風速量測系統	16
2-2-4 大氣狀態量測系統	16
2-2-5 風速測量器	17
第3章 研究方法	22
3-1 風洞系統實驗方法	22
3-2 風扇模擬與架設	23
3-3 風力發電機轉子	24
3-3-1 葉片製作	24
3-3-2 風力發電機轉子組合	24
第4章 垂直軸風力機實驗結果與討論	29
4-1 Ｈ型風機之自由流與風扇流比較	29
4-2 S型風機之自由流與風扇流比較	31
4-3 垂直軸風力機整合	34
第5章 水平軸風力機實驗結果與討論	36
5-1 自由流與風扇流之比較	36
5-1-1 自由流之不同螺距角比較	36
5-1-2 風扇流之不同螺距角比較	39
5-2 風扇流之特性探討	42
5-2-1 單風扇之風機擺放距離與風機直徑探討	42
5-2-2 四風扇之風機擺放距離與風機直徑探討	46
5-2-3 九風扇之風機擺放距離與風機直徑探討	49
5-2-4 風扇流特性整合	53
5-3 雷射都卜勒測速分析	55
第6章 結論與未來展望	59
參考文獻	61

 
圖目錄
圖1-1各區風機裝置容量2007-2015[1]	2
圖1-2全球累計風機裝置容量2000-2015[1]	3
圖1-3工業廠房、畜牧養殖場等裝設有通風用的負壓風扇	3
圖1-4冷卻水塔散熱風扇	3
圖1-5水平軸式風力機[1]	5
圖1-6垂直軸式風力機[2]	6
圖1-7各種風車的功率係數圖	8
圖2 1大型風洞	17
圖2 2小型風洞及風扇	18
圖2 3四風扇及九風扇	18
圖2 4煙霧產生器	19
圖2 4雷射都卜勒測速儀	19
圖2 5轉速與扭力量測系統	20
圖2-6皮托管	20
圖2-7大氣狀態量測裝置	21
圖2-8風速量測器	21
圖3-1模擬風扇(0.45m)	25
圖3-2模擬風扇(0.2m)	25
圖3-3流量控制器	26
圖3-4雷射雕刻工作平台	26
圖3-5 H型葉片骨架	27
圖3-6垂直軸轉子	27
圖3-7水平軸葉片	28
圖3-7水平軸轉子	28
圖4-1風速6m/s下自由流與風扇流之Power-RPM比較(H型)	29
圖4-2風速6m/s下自由流與風扇流之Torque-RPM比較(H型)	30
圖4-3風速6m/s下自由流與風扇流之CP-RPM比較(H型)	30
圖4-4風速6m/s自由流與風扇流之CP-TSR比較(H型)	31
圖4-5風速4.67m/s下自由流與風扇流之Power-RPM比較(S型)	32
圖4-6風速4.67m/s下自由流與風扇流之Torque-RPM比較(S型)	32
圖4-7風速4.67m/s下自由流與風扇流之Cp-RPM比較(S型)	33
圖4-8風速4.67m/s下自由流與風扇流之Cp-TSR比較(S型)	33
圖4-9 airfoil空氣動力特性示意圖[25]	34
圖4-9 S阻力型風機空氣動力特性示意圖[26]	35
圖5-1風速6m/s下不同螺距角之Power-RPM比較	37
圖5-2風速6m/s下不同螺距角之Torque-RPM比較	37
圖5-3風速6m/s下不同螺距角之CP-RPM比較	38
圖5-4風速6m/s下不同螺距角之CP-TSR比較	38
圖5-5風速6m/s下不同螺距角之Power-RPM比較	39
圖5-6風速6m/s下不同螺距角之Torque-RPM比較	40
圖5-7風速6m/s下不同螺距角之CP-RPM比較	40
圖5-8風速6m/s下不同螺距角之CP-TSR比較	41
圖5-9風速6m/s自由流與風扇流Power-RPM比較	41
圖5-10單風扇風機直徑46cm與風機距離之Power-RPM比較	43
圖5-11單風扇風機直徑46cm與風機距離之Cp-RPM比較	43
圖5-12單風扇風機直徑60cm與風機距離之Power-RPM比較	44
圖5-13單風扇風機直徑60cm與風機距離之Cp-RPM比較	44
圖5-14單風扇風機直徑78cm與風機距離之Power-RPM比較	45
圖5-15單風扇風機直徑78cm與風機距離之Cp-RPM比較	45
圖5-16四風扇風機直徑46cm與風機距離之Power-RPM比較	46
圖5-17四風扇風機直徑46cm與風機距離之Cp-RPM比較	47
圖5-18四風扇風機直徑60cm與風機距離之Power-RPM比較	47
圖5-19四風扇風機直徑60cm與風機距離之Cp-RPM比較	48
圖5-20四風扇風機直徑78cm與風機距離之Power-RPM比較	48
圖5-21四風扇風機直徑78cm與風機距離之Cp-RPM比較	49
圖5-22九風扇風機直徑46cm與風機距離之Power-RPM比較	50
圖5-23九風扇風機直徑46cm與風機距離之Cp-RPM比較	50
圖5-24九風扇風機直徑60cm與風機距離之Power-RPM比較	51
圖5-25九風扇風機直徑60cm與風機距離之Cp-RPM比較	51
圖5-26九風扇風機直徑78cm與風機距離之Power-RPM比較	52
圖5-27九風扇風機直徑78cm與風機距離之Cp-RPM比較	52
圖5-28風機三直徑最佳組合之Power-RPM比較	53
圖5-29風機三直徑最佳組合之Cp-RPM比較	54
圖5-30 LDV單風扇量測出口距離2.222公分(左)、4.444公分(中)、8.889(右)正視圖。	56
圖5-31 LDV單風扇量測出口距離2.222公分(左)、4.444公分(中)、8.889(右)側視圖。	56
圖5-32 LDV四風扇量測出口距離2.222公分(左)、8.889(右)正視圖。	57
圖5-33 LDV四風扇量測出口距離2.222公分(左)、8.889(右)側視圖。	57
圖5-34 LDV九風扇量測出口距離2.222公分(左)、8.889(右)正視圖。	58
圖5-35 LDV九風扇量測出口距離2.222公分(左)、8.889(右)側視圖。	58

參考文獻
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