簡介
由於當前時代的人口爆炸，能源問題變得越來越重要。 隨著對能源的日益增長的需求和不可再生化石燃料的快速消耗，研究人員和工程師開始關注開發綠色能源技術。 我們的工作是開發和優化流體動力VIV（渦激振動）共振能量收集器裝置，該裝置可以收穫連續且幾乎零碳排放的空氣或水流能量。
通過將設備自然頻率與von Karman渦街的脫落頻率相匹配，可以通過共振提升蒐集的能量強度。 為了提高設備的效率，我們從開發有效的CFD（計算流體動力學）程序和實驗設置開始，幫助我們識別設備的重要參數。
實驗設置
本實驗主要利用本實驗室所擁有的水洞進行實驗，搭配PIV系統進行流場可視化後，觀察流場VIV現象與不同實驗模型之間的相互關係。
Particle image velocimetry (PIV) 質點影像測速系統
PIV 系統可分為三部分來做介紹。
第一部分為加入粒子，將密度與水類似的粒子放入水洞中，隨著水流流動，使得整個流場充滿著粒子。
第二部分為雷射架設，架設一台2 W的連續綠光雷射，並照射兩片黑紙之間狹縫製造片狀雷射進行實驗。
第三部分為記錄結果，利用高速相機拍攝反光的流場並進行後續分析。
- 粒子
2. 雷射
3.高速相機- FASTCAM Mini UX50
模型結構與流場圖
利用SolidWorks進行模型製作，並設計一滑軌機構能自由拆裝模型，大幅減少實驗所需時間，同時提供實驗未來極大的彈性，日後得以矩陣形式進行分析。
模擬流場方面我們利用Ansys-Fluent 進行模擬，主要使用動網格分析技巧與自行撰寫使用者定義函數，成功模擬出單一圓柱震動情形。
▲ VIV模擬
實驗部份為了抓取圓柱周圍流場情形，我們使用PIV技術，在流場中增添粒子隨之移動，再用雷射橫向打進流場。隨著粒子反光，再利用高速相機拍攝並後處理，得到如下左圖之結果。當我們得到的兩張很短時間內拍攝的相片，就能計算出流場各點的速度及渦度並繪製成如下右圖之結果。
目前成果
由於在單一圓柱上模擬與實驗之流場有一定的相似度，我們目前著手進行矩陣形式的實驗，並研究不同圓柱之間的交互關係，同時提供流場的可視化。
未來展望
進行一系列分析VIV現象的實驗與模擬後，我們清楚的瞭解流場結構和流體與固體間的交互作用，並提供這項具有前瞻性的能源基礎知識背景，使得在開發這項技術的過程中，得以充分了解VIV流場現象。
