風力發電探究與實作 • 互動模擬實驗室

風之工匠

風力發電探究與實作 • 互動模擬實驗室

風機葉片形狀
扭角 (Twist)

探究葉片從根部到尖端的角度變化。為什麼葉片不是平的？扭角如何影響不同半徑處的迎風效率？

進入 3D 模擬

風機葉片形狀
展弦比 (Aspect Ratio)

分析細長葉片與寬短葉片的差異。調整展弦比參數，觀察其對升力與阻力比值的影響。

進入 3D 模擬

風機葉片
安裝角 (Pitch)

這是風機控制的核心。實驗調整葉片的安裝角度，觀察其如何影響啟動轉矩與高風速下的保護機制。

進入 3D 模擬

平板葉片
相對風速氣動分析

理解「相對速度」的概念。結合真實風速與葉片轉速，分析氣流與葉片交互作用的向量關係。

進入模擬分析

風機葉片
攻角與氣流 (Attack Angle)

視覺化氣流流過葉片翼型的路徑。尋找最佳攻角，避免氣流剝離（Stall）造成的效率下降。

進入 3D 模擬

綜合變因探究
攻角 vs 安裝角

進階實驗：釐清這兩個常混淆的變數。在不同風速條件下，如何搭配調整以獲得最大輸出？

進入互動模擬

風機傳動系統
齒輪比 (Gear Ratio)

從空氣動力學轉向機械結構。探究低速轉動的葉片如何透過齒輪箱加速，以驅動發電機。

進入互動模擬

風力發電葉片效能模擬器
模擬葉片彎曲弧度、安裝角與數量

進階實驗：模擬流線型的葉片（葉片有適當的彎曲），當葉片彎曲的程度如何時，在不同風速條件下，才得以獲得最大輸出？

進入互動模擬

✦美琍的探究筆記

「風是地球呼吸的能量。作為風之工匠，我們不僅是在設計機械，更是在尋找與大氣對話的最佳角度。在模擬過程中，請特別留意變因之間的非線性關係，這正是科學探究最迷人之處。」

風機葉片-安裝角- 3D模擬器（點這裡進入模擬）

3D 風機葉片安裝角模擬

風機葉片：安裝角

定義：弦線與旋轉面夾角

左鍵旋轉 | 右鍵平移 | 滾輪縮放
1
粒子：白點代表風，垂直穿過旋轉面。
2
角度：大角度阻力小；小角度推力大。
3
關鍵：0°受力最大；90°順槳保護。
20°
旋轉面
風向
葉片
空氣

風力發電- 相對風速 -平板葉片氣動3D模擬分析

平板葉片氣動分析

風機葉片形狀-展弦比-3D模擬

風力發電機展弦比模擬器

風機- 齒輪比-互動模擬器

風力發電變速箱互動實驗室

風機葉片形狀-扭角- 3D模擬器

Part 1: 虛擬模擬與原理探索

互動式風洞模擬：調整角度，觀察風如何推動葉片

實驗參數控制

請先選這裡!
2 m/s8 m/s15 m/s
停止中快

挑戰任務：

試著調整三段角度，讓各段板子的面儘量與下方的「虛線(相對風向)」垂直！

環境風 (由上往下)
切線速度 (旋轉方向)
滑鼠左鍵拖曳 • 滾輪縮放 • 白色線框輔助觀察
3D 視角控制 (模擬區)

葉根 (近心力慢)

流入角: --

中段 (中速)

流入角: --

葉尖 (極速)

流入角: --

Part 2: 實作測量實驗室

如何測量不規則曲面？ - 三角函數測量法

測量步驟

  1. 定點標記： 請在葉片上標記出三個關鍵截面：r1(根部), r2(中段), r3(尖端)。
  2. 測量高度差 (h) 與弦長 (c)：
    • 將葉片平放在桌面上。
    • c：前緣到後緣的直線距離。
    • h：後緣翹起來的高度。
  3. 計算角度： θ = arcsin(h/c)

🔍 3D 葉片觀察器

此模型與上方 Part 1 設計同步，您可以在此旋轉檢視細節。

滑鼠左鍵旋轉 / 滾輪縮放
觀察視角調整
弦長 (c) 30 cm
高度差 (h) 2 cm
計算結果 (θ = arcsin(h/c)) 3.8°
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