本文主要以研究水平式水渦輪機為主，利用葉片元素動量理論來設計水渦輪機葉片外型，並透過計算流體力學軟體FLUENT來進行數值模擬與計算，計算出流體對水渦輪機所產生的扭力、功率及效率，並探討裝設外罩是否能有效提高水渦輪機所產生的功\率，再細部分析不同外罩的幾何形狀及葉片數目等參數對水渦輪機性能之影響，此外，本文還加以分析水渦輪機在週期性海流下經由運轉所能產生的最大輸出功率與能量。
研究結果顯示，裝設外罩確實能有效地提高水渦輪機所產生的功率，而不同外罩之形狀參數對水渦輪機性能亦會有所影響。以外罩類型而言，噴嘴型的外罩對提高渦輪機功\率效果最佳，而隨著外罩傾角愈大，水渦輪機之功率也就愈大，且當渦輪機葉片數目愈多時，功\率也會提高，但外罩的長度比對水渦輪機性能的影響卻沒有其他參數來的顯著。在週期性海流下，以翼剖面形狀為NACA63415較NACA0009、NACA0011及Elliptical 10之水渦輪機，其所輸出的功率最大，效率也最佳。

This study investigates horizontal water turbine. Firstly, blade element momentum theory is exploited to design blade profiles. Then, CFD software, Fluent, is used to obtain such simulation results as torque, power and efficiency. A shroud outside the water turbine is tested to show the influence on the output power. Detailed parameters, shroud geometry and blade number, are considered too. Additionally, the maximal power generated by the turbine is analyzed under periodic sea current flow in this research.
Our studies show that installed shroud can increase the output power more effectively and surely. Various kinds of shroud geometry have influence on the water turbine capability. As for the shroud types, nozzle type is better to achieve the best power. But as the inclined angle increases, the power also rises. The blade number boosts up the output power. Compared with other parameters, shroud length is of minor significance. On condition of periodic current flow, NACA63415 outperforms NACA0009, NACA0011 and Elliptical 10 in terms of airfoil, with its best efficiency and power.

第一章 緒論
1.1前言---------------------------------------------------1
1.2研究背景與動機---------------------------------------2
1.3海洋能源----------------------------------------------4
1.4文獻回顧----------------------------------------------6
1.5海流渦輪機種類與發展史------------------------------7
1.6外罩式水渦輪機---------------------------------------9
1.7研究方法與目的--------------------------------------11
第二章 葉片基本理論與設計
2.1 海流發電系統簡介-----------------------------------13
2.2 動量理論分析----------------------------------------13
2.3 葉片元素理論----------------------------------------17
2.4 葉片設計之參數介紹---------------------------------21
2.4.1 葉片數目--------------------------------------22
2.4.2 翼剖面形狀-----------------------------------22
2.4.3 葉尖速度比與弦周比--------------------------23
2.5 外罩式水渦輪機之幾何形狀設計參數介紹------------24
第三章 研究方法
3.1 數值方法---------------------------------------------25
3.2 統御方程式------------------------------------------26
3.3 紊流模式---------------------------------------------26
3.4 SIMPLE演算法----------------------------------------27
3.5模型建構與邊界條件設定-----------------------------27
3.5.1 模型之建構-----------------------------------27
3.5.2 邊界條件之設定-------------------------------28
3.6求解流場---------------------------------------------30
3.7格點驗證與計算域獨立驗證---------------------------30
第四章 結果與討論
4.1週期性海流-------------------------------------------32
4.2不同翼剖面之水渦輪機置於週期性海流下之輸出性能-32
4.2.1 NACA63415-------------------------------------34
4.2.2 NACA0009--------------------------------------35
4.2.3 NACA0011--------------------------------------35
4.2.4 Elliptical 10---------------------------------36
4.3 外罩式水渦輪機------------------------------------37
4.3.1不同外罩幾何形狀參數對水渦輪機性能的影響-37
4.3.1.1 外罩類型----------------------------37
4.3.1.2 外罩角度----------------------------38
4.3.1.3 外罩長度比--------------------------39
4.3.2 不同葉片數目對外罩式水渦輪機性能之影響----40
第五章 結論與建議-----------------------------------------------42
參考文獻---------------------------------------------------------45

參考文獻
【1】 Bahaja, A.S., Battena, W. M. J. and McCannb, G.,“Experimental
verifications of numerical predictions for the hydrodynamic
performance of horizontal axis marine current turbines,”
ScienceDirect of Renewable Energy,32,pp.2479-2490(2007).
【2】 Blue Energy, http://www.bluenergy.com/。
【3】 Clean Current Power System Inc., http://www.cleancurrent.com/。
【4】 Design Foil Demo,http://www.dreesecode.com/。
【5】 Fluent，http://www.fluent.com/。
【6】 Grassmann, H.and Bet,F.,“A partially static turbine-first
experimental results,”ScienceDirect of Renewable
Energy,28,pp.1779-1785(2003).
【7】 Hammerfest Stroem, http://www.hammerfeststrom.com/。
【8】 Lunar Energy, http://www.lunarenergy.co.uk/。
【9】 Manwell, J.F., McGowan, J.G.and Rogers, A.L.,“Wind Energy
Explained–Theory,Design and Application,”(2002).
【10】Marine Current Turbine Ltd, http://www.marineturbines.com/。
【11】Ohya, O., Karasudani, T.and Sakurai, A.,“Development of a shrouded
wind turbine with a flanged diffuser,”Journal of Wind Engineering
and Industrial Aerodynamics,96,pp.524-539(2008).
【12】Peter, F.,“Marine Current Turbines:feedback on experience so
far,”http://www.marineturbines.com ,2004。
【13】Ponte di Archimede, http://www.pontediarchimede.com/language_us/。
【14】Thomas, H.,“3D-Simulation of the Wake of a Wind Turbine,”DEWI
Magazine No.18,February(2001).
【15】Tidal Energy Pty Ltd, http://www.tidalenergy.net.au/。
【16】UEK, http://uekus.com/uekus.com/。
【17】UIUC Airfoil Coordinates Database,
http://www.ae.uiuc.edu/m-selig/ads/coord_database.html。
【18】江易儒，“風力機葉片數目對性能的影響”，金屬中心，2006。
【19】李文毅，“水平軸式水渦輪機之設計”，國立中山大學機械與機電工程學
系碩士論文，2008。
【20】英國“獨立報”，http://news.independent.co.uk/，2007年4月24
【21】徐泊樺，顏志偉，“淺談我國海洋能源之開發前景”，物理雙月刊，29
卷3期，2007年6月。
【22】國立海洋大學輪機系，http://ind.ntou.edu.tw/~metex/。
【23】黃正利，陳正泰，“漫談風車氣動力技術”，機械工業，278期，2006。
【24】經濟部能源委員會，“臺灣能源統計年報(九十年）”，2002年5月。
【25】經濟部能源局，“能源統計-能源安全指標”，2007。
【26】劉正千，“2008世界地球日特刊”，p.3，2008。
【27】蘇達貞，鍾珍，“海洋能源的魅力”，科學發展，383期，2004年11月。
【28】羅際航，“具不同翼型葉片的水平式風力機之數值模擬”，國立台灣科技
大學機械工程系碩士論文，2006。