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°

風機葉片-攻角與氣流--3D模擬

葉片攻角模擬器

拖動滑桿觀察氣流變化。

攻角適中 : 甜蜜點
→ 層流 (Laminar)
↝ 亂流 (Turbulence)
↑ 升力 (Lift)
← 阻力 (Drag)

風機葉片- 攻角 與 安裝角 -互動模擬器

安裝角與攻角互動模擬

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）

風力發電探究模擬室 (等厚度薄板實驗版)
3D 視角操作指南
  • 左鍵拖曳旋轉觀察視角
  • 滑鼠滾輪縮放畫面大小
  • 💡
    強烈建議：暫停後轉至「側面」，觀察迎風姿勢。

進階變因控制面板

15°
5%
3 片
6 m/s
系統初始化中...
即時發電功率 (Power)
0.0 W
理論轉子轉速 (RPM)
0 rpm

探究名詞與公式小百科

Q1: 彎曲弧度的百分比是如何計算出來的？ 這是空氣動力學中「最大彎度 (Camber)」的標準定義。公式計算方式是將「葉片最凸出的深度」除以「葉片總寬度（弦長）」的百分比。

👉 舉例說明：如果您用塑膠板剪了一片寬度為 10 公分的葉片，若彎曲弧度設定為 10%，代表這片葉片彎曲後最深的地方，距離兩端點連線有 1 公分的落差。程式中我們採用了標準的拋物線公式來繪製這個曲面。
Q2: 什麼是「理論轉子轉速」？ 這是指在排除發電機內部負載與機械齒輪摩擦力的情況下，純粹依照「空氣動力學」計算出該葉片在該風速下，所能達到的最高空轉轉速極限。

👉 科學探究亮點：程式透過計算「升力(推動力)」與「阻力(空氣摩擦)」來得出轉速。您可以實驗看看，當葉片增加到 6 片時，因為空氣阻力倍增且產生嚴重的尾流干擾，理論極限轉速反而會比 3 片時還要慢！
Q3: 葉片凹凸面，究竟哪一面要迎向風？ 正確的設計是：平坦或微凹的一側朝向風（迎風面），凸出的一側背對風（背風面）。
👉 科學原理：風撞擊迎風面（壓力面）氣流較慢，產生較高壓力；而流過背風處凸面（吸力面）的氣流因為要繞遠路而被迫加速，根據白努利定律，流速快則壓力小，產生低氣壓。這兩面的壓力差會形成「升力」，將葉片往前吸並帶動風機旋轉。
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