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學魚游泳的流體力學發電機

上網時間: 2008年11月28日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:流體力學  渦流  魚類 

美國的研究人員研發了一種模仿魚類運動的流體力學架構,據說能利用水面下的高、低速水流來發電;這種技術稱為Vivace (Vortex Induced Vibrations for Aquatic Clean Energy,渦流振動水生潔淨能源)。

美國密西根大學(University of Michigan)教授Michael Bernitsas表示,這種Vivace技術頗具發電潛力,甚至是流速緩慢的河流也適用,成本也低於其他能源。Bernitsas並創辦了一家公司Vortex Hydro Energy,將把該技術推向商業化。

據了解,Vivace技術是模仿魚類利用水底渦流逆流潛行的原理。傳統水力發電的方法,是使用渦輪機,不過需要至少5節(knots,即每小時5.8英哩)的流速;而Vivace發電機號稱可用流速僅1節(每小時1.15英哩)的水流來發電。

Bernitsas估計,僅需在水底下安裝數層樓高的Vivace發電機陣列,就可供滿足鄰近河岸的十萬戶家庭用電。而這種流體力學發電方式,將可把電費成本降低至每千瓦小時5.5美分。

這種技術的運作原理是利用在水面停泊的物體會在水流中快速上上下下的現象,稱為渦流振動;這種現象會讓停泊在水面上的船身隨著水流速度載浮載沉。Bernitasas將數個水平懸吊的柱狀物以橫向置放在水流中,讓它們隨著水流自然頻率浮沉。

「渦流振動是間歇性的,所產生的力量也是間歇的。」Bernitsas表示:「我們的圓柱體會感應水流,當水流沖擊時會產生與水流呈橫切狀的閒歇力道,讓圓柱體上下浮沉,而這種運動將可轉換成電力。」

Bernitsas過去曾發明讓鑽油平台等水中靜止物體抵抗渦流振動的方法,也啟發他進行此研究的靈感:「我想到如果我反過來加強、而非抑制渦流振動,這樣就能利用它來發電。」

通常魚類若要逆流前行會彎曲身體,讓身體曲面會引來成為推力的渦流,然後魚會擺脫那個渦流再次從反方向彎曲身體,以引起另一個渦流。魚就是在這些渦流中穿梭,因此可抵抗比牠們肌力更強的逆水流而前行。Bernitsas就是控制了這樣的現象製造Vivace發電機。

(參考原文:Hydropower generator mimics fish,by R. Colin Johnson)





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