系統識別號 U0026-1908201019225900 論文名稱(中文) 集熱板空氣動力特性之數值研究 論文名稱(英文) Numerical Studies of the Aerodynamic Characteristics on a Solar Collector 校院名稱 成功大學 系所名稱(中) 航空太空工程學系專班 系所名稱(英) Department of Aeronautics & Astronautics (on the job class) 學年度 98 學期 2 出版年 99 研究生(中文) 田榮華 研究生(英文) Ron-Hwa Tyan 學號 p4796105 學位類別 碩士 語文別 中文 論文頁數 74頁 口試委員 指導教授-張克勤共同指導教授-許子圭口試委員-鍾光民 中文關鍵字 太陽能熱水器  集熱板  離地型  渦流  計算流力 英文關鍵字 solar water heater  the solar collector  lift mode  vortex  Computational Fluid Dynamics 學科別分類 中文摘要 再生能源的發展，是現今世界各個國家的重要課題，台灣為因應其發展採取許多相對應的科技研發，其中太陽能熱水器的使用與推廣是目前較為普遍的一種，但颱風侵襲是台灣主要的天然災害之一，故當太陽能熱水器系統安裝在住家頂時，受到颱風入侵所造成的破壞最為嚴重。主要是由於強風由太陽能熱水器系統背面吹入，造成集熱板上、下板面承受強大風壓而使太陽能板受損。 本究以計算流體力學方法，探討貼地型及離地型太陽能熱水器系統於輕颱風速(30 m/s)之流場特性，同時比對風洞實驗量測結果為驗證；研究發現，本研究標的之三維效應影響顯著，無法以二維模擬方式探討，集熱板離地架設10cm可降低升力約16.5%，水桶後方集熱板上表面有分離泡之形成，同時集熱板兩翼端產生之翼尖渦會與其相互耦合，產生渦流之三維翼展面延伸現象。 英文摘要 The development of the Renewable energy is the important topic for the world. The Taiwan government has developed a lot of technology to get the clear energy. The solar water heater is one of the popular energy to use now. But the typhoon attack is one of Taiwan main natural disasters. It causes the most serious damage when the solar water heater installs in the roof of the house. As the strong wind blow from the back of the solar water heater, the up and down surfaces of the solar collector will bear too much force to cause it injury. This study discusses the characteristic of the ground and lift models in the solar water heater during the wind speed about 30m/s. At the same time, we compare the results with the data of the wind tunnel experiment. After preparing, we find out that the 3D effect is very famous, we can not discuss it by 2D model. If the solar collector lifts 10cm, it can reduce the lift force about 16.5%. There is the separation bubble to grow in the up surface of the solar collector after the water tank. At the same time, the tips of the solar collector will make the wing tip vortex to couple. And there is the phenomenon of the 3D wingspan extended surface by the vortex. 論文目次 誌謝....................III 中文摘要.................IV ABSTRACT................V 目錄.....................VII 表目錄...................X 圖目錄...................XI 辭彙、符號說明和縮寫.......XIV 1. 緒論..................................1 1.1 前言.................................1 1.2 研究背景與動機.........................3 1.3 太陽能熱水系統原理及型式................4 1.4 研究方法..............................5 1.4.1 計算流體力學(CFD)之介紹與應用.........5 1.4.2 紊流模式的介紹與應用 .................8 2. 文獻回顧...............................9 3. 研究方法與數學模式......................13 3.1 軟體選用..............................13 3.1.1 前處理(Pre-Process).................13 3.1.2 中處理(Solver)......................14 3.1.3 後處理(Post-Process)................14 3.2 二維模型...............................15 3.3 三維模型...............................16 3.4 格點系統...............................16 3.5 數學模式...............................17 3.5.1質量守恆方程式.........................17 3.5.2 動量守恆方程式........................18 3.5.3紊流Realizable k-ε模式.................19 4. 數值方法.................................21 4.1 有限體積法..............................21 4.2 隱式法(Implicit)........................21 4.3 壓力基(Pressured-Based)法...............22 4.4 SIMPLE 法則.............................22 4.5 邊界條件設定.............................23 5. 結果與討論................................25 5.1 程式驗證.................................25 5.1.1 格點驗證...............................25 5.1.2 二維流場驗證...........................26 5.1.3 三維流場驗證...........................27 5.2 流場特性分析.............................28 5.2.1 數值模擬與風洞實驗離地模型流場比較........28 5.2.2 數值模擬與風洞實驗貼地模型流場比較........29 5.3 數值模擬模型離、貼地架設影響效應分析........30 5.3.1 離、貼地模型上表面分析比較...............31 5.3.2 離、貼地模型下表面分析比較...............32 5.4 離地模型分析比較..........................33 5.5 貼地模型分析比較..........................34 6 結論與未來工作..............................35 6.1 結論.....................................35 6.2 未來工作.................................35 參考文獻.....................................37 參考文獻 參考文獻 [1]政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC），“關於政策制定者的概要，2007年氣候變化-物理基礎”。(2007) [2]98年全國能源會議，各核心議題報告初稿，“能源科技與產業發展”，第7頁。 [3]陳俊谷，“降低太陽能熱水器風損之實驗研究”,國立成功大學航空太空研究所碩士論文(2006). [4]李清安、張克勤、李聰盛、鐘光民，“颱風對太陽能熱水系統裝置損壞掉查剖析：海棠颱風案例”，太陽能集新能源學刊，第10卷，第2期，第2-5頁，2005。 [5]蕭葆羲，“風工程”，科計圖書，2005。 [6]劉怡眉、林怡君、張克勤、鐘光民，“低風阻太陽能熱水器風阻之探討及測試”，J. Aeronautics Astronautics and Aviation .Series B，September 4-8，2006. [7]陳俊谷，“降低太陽能熱水風損之實驗研究”，國立成功大學 航空太空研究所碩士論文， 2006. [8]修治平，“導流板對不同角度集熱板之空氣動力特性研究”，國立成功大學航空太空研究所碩士論文， 2007. [9]周晉成，“儲水桶對太陽能板空氣動力效應分析”，國立成功大學航空太空研究所碩士論文， 2009. 論文全文使用權限 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務，於2010-08-24起公開。同意授權校外瀏覽/列印電子全文服務，於2010-08-24起公開。

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