防波堤常遭受到相當大的外海波浪衝擊力作用，為了使防波堤所承受之波浪力與反射率下降，目前最為廣泛的做法即是在防坡堤前拋置「消波塊」。然而消波塊只能治標卻無法治本，建造費用高且又影響視覺環境景觀。
若能將波能轉換系統結合港灣結構防波堤，其既能遮蔽外海波浪保護港域，亦能擷取該海域之波浪能量來供港灣地區使用。本研究希望如此充分的利用海洋波浪能源及其附加價值，這不僅是”擷能”更是”潔能”以實現綠色港灣建構之概念，發揮保護台灣海岸與維護居民生命安全之功能。
在波能轉換系統當中，其中以震盪水柱波能轉換系統OWC最能滿足上述兩者條件。本研究將針對震盪水柱式波能轉換系統OWC之幾何參數變化在不同波浪條件下的相互影響關係，探討其波浪能的轉換以及此構造物所造成的波浪反射率。並透過ANSYS-CFX數值模擬分析軟體建立模型進行分析研究。

For reducing the wave energy and reflection, we always put plenty of “wave breaker blocks” in front of it. However, it provides a temporary solution but not permanent, cost a lot of money and affect the views.
In this study, we want to combine the two main ideas, one is fully use the wave energy to generate, and the other one is keep the ability of protecting coastal area. It’s not only to catch the power from nature but also a clean power to reach the target of “Green port”.
To fit the two conditions, we applied the “Oscillating Water Column” system from many kinds of wave energy converting systems. In this study, we’ll focus on the relationship between the changes of OWC system’s geometrical parameters and different wave condition by using the numerical analysis software “ANSYS-CFX” to work on the modeling, analysis and studying.

論文審定書i
論文公開授權書ii
誌謝iii
摘要iv
Abstractv
第一章 序論1
1.1前言1
1.2研究動機與目的2
1.3文獻回顧4
1.3.1國外波浪發電發展之概況7
1.3.2近年波能研究之概況15
1.3.3我國波浪發電發展之概況16
1.4本文架構17
第二章 分析理論及數值方法19
2.1數值模擬分析理論19
2.1.1控制方程式19
2.1.2自由表面邊界條件21
2.1.3線性造波理論22
2.2震盪水柱波能轉換效率估算27
2.3數值模擬分析簡介30
2.3.1數值模擬分析軟體ANSYS CFX簡介30
第三章 模型建置及分析過程37
3.1震盪水柱式波能轉換系統之幾何參數與波浪條件37
3.2幾何模型建立38
3.3網格劃分方法40
3.4前置處理43
3.4.1計算域條件設置43
3.4.2分析時間條件設置44
3.4.3邊界條件設置45
3.4.4求解條件設置47
3.5後置處理49
3.5.1數值波高計設置50
3.6數值模擬與水工試驗結果之驗證51
3.6.1驗證之水工模型說明51
3.6.2比較及驗證59
3.7數值模擬與日本酒田港之驗證60
3.7.1驗證結果說明61
第四章 結果與討論63
4.1震盪水柱式波能轉換系統之能量轉換率63
4.1.1基本OWC63
4.1.2氣流口面積比65
4.1.3氣室長度比68
4.1.4前牆開口率70
4.1.5前牆開口沒水率71
第五章 結論與建議105
5.1結論105
5.2建議107
參考文獻109
附錄113

1.王柏棟，「具消波艙室開孔防波堤之波流場模擬」，國立中興大學土木工程學系，2011。
2.王舜民，「造波機人機介面與系統整合之研究」，國立成功大學系統及船舶機電工程學系，2015。
3.交通部運輸研究所，「可循環式綠色能源結合港灣結構以建構綠色港灣之發展研究(1/4)」，2013。
4.交通部運輸研究所，「可循環式綠色能源結合港灣結構以建構綠色港灣之發展研究(2/4)」，2014。
5.呂錫民，「台灣發展波浪能的評估」，工研院能源與環境研究所，2015。
6.林啓聖、鍾智印、郭玉樹，「振盪水柱波浪發電防波堤受力及氣流反應」，第 34 屆海洋工程研討會論文集，2012。
7.林繼謙，「岸基式震盪水柱式波浪發電系統之設計」，國立成功大學系統及船舶機電工程學系，2009。
8.柯鈞瀚、蔡清標、陳盈圻，「潛堤與海堤間波流場數值模擬」，第 34 屆海洋工程研討會論文集，2012。
9.徐泊樺、顏志偉，「淺談我國海洋能源之開發前景」，物理雙月刊，2007。
10.高飛、李昕，「ANSYS CFX 14.0超級學習手冊」，人民郵電出版社，2013。
11.許泰文，「近岸水動力學」，科技圖書，2003。
12.經濟部水利署水利規劃試驗所，「水工模型試驗參考手冊」，2011。
13.劉金源、李澤民、黃千芬，「海洋物理能與海洋生質能之開發與應用」，國立中山大學海洋科學院，2010。
14.蔡繼張，「定壓式壓電換能器之壓電元件優化」，國立中山大學海洋環境及工程學系，2011。
15.謝龍漢、趙欣宇，「ANSYS CFX 流體分析及仿真」，電子工業出版社，2013。
16.Paolo Boccotti“Design of breakwater for conversion of wave energy into electrical energy”, Ocean Engineering 51, pp.106-118, 2012.
17.Nader Dizadji and Seyed Ehsan Sajadian“Modeling and optimization of the chamber of OWC system”, Energy 36, pp.2360-2366, 2011.
18.D. G. Dorrell, M. F. Hsieh and C. C. Lin“A Multi-Chamber Oscillating Water Column using Cascaded Savonius Turbines”, ECCE 2009, San Jose, 2009.
19.W. Finnegan and J. Goggins“Numerical simulation of linear water waves and wave structure interaction”, Ocean Eng, Vol.43, pp.23-31, 2012.
20.Y. Goda and Y. Suzuki“Estimation of incident and reflected wave experiments ”, Proc 15th Coastal Eng.Conf, pp.828-845, 1976.
21.C. W. Hirt and B. D. Nichols“Volume of fluid method for the dynamics of free boundaries,”Journal of Computational Physics, pp.201-225, 1981.
22.T. W. Hsu, H. K. Chang and C. M. Hsieh“A turbulence model of wave-induced sheet flow”, Journal of Coastal Research, pp.12-23, 2003.
23.A. Lal and M. Elangovan“CFD Simulation and Validation of Flap Type Wave Maker”, World Academy of Science, Engineering and Technology, pp.76-82, 2008.
24.B. E. Launder and D. B. Spalding“Mathematical Models of Turbulence ”, Academic Press, 1972.
25.C. C. Lin, D. G. Dorrell and M. F. Hsieh“A Small Segmented Oscillating Water Column Using a Savonius Rotor Turbine”, International Conference on sustainable Energy Technologies, ICSET 2008, Singapore, 2008.
26.Z. Liu, B. S. Hyu and K. Hong“Practical design and investigation of the breakwater OWC facility in China.”,Proceedings of 8th European Wave and Tidal Energy Conference, Uppsala, Sweden , pp.275, 2009.
27.I. Lopeza and G. Iglesias“Efficiency of OWC wave energy converters: A virtual laboratory”, Applied Ocean Research 44, pp.63-70, 2014.
28.S. Takahashi, H. Nakada and H. Ohneda“Wave Power Conversion by a Prototype Wave Power Extracting Caisson in Sakata Port”, 23rd Coastal Engineering Conference , pp.3440-3453, 1992.
29.Takayuki Takeuchi“Long run Tests in real sea of Wave Energy Conversion System in Sakata”,日本機械學會流體工學部門講演會講演論文集，2010。
30.T. J. T. Whittaker, et al.“The LIMPET Wave Power Project - The First Years of Operation.”, Renewable Energy Whittaker, 2005.