風力發電渦輪機動力學

AE1005V

風力發電渦輪機整合於高效能風洞中,具備馬達驅動的葉片俯仰角調整與偏航機構。系統採透明視窗設計,並設有智慧安全連鎖與超速保護。學生除可使用標配組件,還能透過 3D 列印自製葉片進行測試。搭配 VDAS® 數據採集系統,可精確調控風速與轉速,深入研究風能轉換效率與動力學特性。

本實驗聚焦於風能轉換的核心變數,重點探討尖速比(TSR)、葉片俯仰角及偏航角對發電效率的動態影響。學生能藉此驗證貝茲極限與葉片設計理論,並透過對比不同翼型葉片的性能特性,掌握空氣動力學對能量擷取的關鍵作用。

主要功能與特色

風力發電渦輪機安裝在風洞中,配備集流口與蜂巢網,以確保入口氣流平穩。系統內建風速計進行測量,並在不運作時收納以避免干擾流場。透過透明視窗與帶有安全連鎖裝置的滑動門,學生可從兩側觀察渦輪運作。

構造與運作原理

  • 自動化控制:渦輪具備馬達驅動的葉片俯仰角調整功能與數位讀回系統,大幅減少實驗間的停機調整時間。

  • 偏航與自定義設計:基座設有偏航機構(Yawing mechanism)與設定手柄。系統支援 3D 列印自製葉片,使用者可依據隨附的 CAD 檔案設計專屬葉片。

  • 靜音與空間優化:風洞後方配有可拆卸式消音器以降低噪音,收納時可放置於設備下方節省空間。

  • 安全機制:具備門鎖連鎖功能(運轉時無法開啟)及智慧關斷系統,若偵測到過電流或超速,將自動關閉風扇。

 

顯示與控制

控制盒配備雙螢幕供獨立操作,內建多功能數據採集系統 VDAS®,讓您能夠在電腦上對所有重要讀數進行精確的即時數據擷取、監測、顯示、計算與製圖。

 

學習成果

這套風力渦輪機動力學實驗裝置旨在提供對風能轉換原理的全面探討,讓學生透過實作掌握空氣動力學與電力產出之間的關鍵聯繫:

  • 渦輪轉速與風速的關係 (TSR): 研究尖速比 (Tip Speed Ratio, TSR) 對系統效率的影響。透過調整負載或風速,找到特定葉片設計下的最佳 TSR,以獲取最大功率輸出。

  • 葉片俯仰角 (Blade Pitch) 對性能的影響: 利用馬達驅動的自動調角系統,觀察改變葉片與氣流間的攻角如何影響啟動轉矩、旋轉速度以及在高風速下的功率限制。

  • 偏航角 (Yaw Angle) 對性能的影響: 調整渦輪對準風向的角度(偏航),模擬實際風向變化對能量擷取效率的干擾,並理解偏航誤差帶來的餘弦損失。

  • 不同型廓葉片的性能特性: 測試並比較各種不同截面形狀(翼型)的葉片,分析其在升力與阻力特性上的差異,並探討其對整體發電曲線的影響。

  • 葉片設計理論 (Blade Design Theory): 實踐貝茲極限 (Betz’s Limit) 與葉片元素動量理論 (BEM)。學生可根據理論計算設計自有的 3D 列印葉片,並透過實驗驗證其扭轉角與弦長分佈的設計是否達到預期性能。

 

介紹影片

related products

quotation query

詢價表單