為了解決能源逐漸匱乏的問題，許多國家皆對永續能源進行許多的研究與推廣。而離岸風力發電近年來正蓬勃發展中，可以用來取代火力、核能等發電方式。而在海上建立風機時，若能在海面上空進行風力發電的同時，亦能於海面處進行波浪發電，將能有效運用風機基礎的空間。本文以離岸式震盪水柱波能轉換系統的波能轉換裝置與剛架結構結合，期能以波浪發電的方式結合風力發電，增加永續能源的利用。
本文將分為兩部分進行討論：
其一為，以ANSYS CFX套裝軟體進行模式架構，模擬離岸式震盪水柱發電系統的氣室氣流反應，針對震盪氣室的幾何參數如氣流出口面積、氣室高度、開口面積，進行產生出口氣流速度、產生功率等等的結果與討論。
其二為，以MATLAB數值運算軟體，模擬波浪作用於剛架結構時之動力行為，以及震盪水柱氣室安裝於剛架結構上後對原剛架結構之動力行為的影響。波浪力使用Morsion Equation經驗公式計算，以集中質量法對結構物進行簡化，以Newmark-β計算其動力行為。

In order to solve the problem of global energy crisis such as energy shortage and resource depletion, the sustainable energy has become an important issue to be investigated and researched among many countries. Thus, offshore wind power has grown rapidly in recent years and it can be alternative energy source to existed power generation methods including thermal power generation and nuclear power generation.
When the wind farm can generate the wind power over the sea as well as the wave power at the sea surface at the same time, the space of the wind turbine foundation can be utilized more effectively.
This study integrate the wave energy converters (WEC) in OWC system with the rigid frame foundations in offshore wind turbine system, conducting the generation of the wind power and the wave power simultaneously to maximize the utilization of sustainable energy.
The research will be divided into two sections:
The first part is to apply the numerical analysis software ANSYS CFX to model and simulate the airflow response of the offshore OWC system. Focusing on the performance of the system in terms of the changes of the OWC system’s geometrical parameters such as airflow exit area, chamber depth, and open area as well, the generating airflow velocity, generating power will be discussed.
The second is using the numerical calculation software MATLAB to simulate the dynamic behavior when the wave acting on the rigid frame structure and the influence of the OWC’s chamber on the rigid frame structure on the dynamic behavior of the original rigid frame structure. The wave force is calculated with the empirical formula of Morsion Equation, the structure will be simplified by the lumped mass method and its dynamic behavior is calculated by Newmark-β method.

論文審定書 i
誌謝 ii
摘要 iii
Abstract iv
圖次 viii
表次 xii
符號說明表 xiii
第一章 序論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 3
1.3 文獻回顧 5
1.3.1離岸風機各式基礎概況 5
1.3.2波浪發電發展概況及介紹 7
1.3.3各國海洋能源發展現況 11
1.3.4自由液面的處理 13
1.3.5數值水槽相關研究 15
1.4本文架構 17
第二章 理論分析 19
2.1 模擬軟體概述 19
2.1.1計算流體力學介紹 19
2.1.2使用軟體 20
2.2 理論分析 24
2.2.1流體體積法 24
2.2.2控制方程式 24
2.2.3線性造波理論 26
2.2.4能量轉換效率 32
2.2.5波浪力計算 34
第三章 數值模型建置 38
3.1 模型建置 38
3.1.1離岸風機模擬尺寸及波浪條件 38
3.1.2模型繪製軟體 42
3.2 數值模擬程式建立 (ANSYS-CFX) 44
3.2.1網格劃分方法 44
3.2.2前處理功能設置 46
3.2.3後處理結果輸出設定 51
3.3 數值模擬程式驗證 53
3.3.1造波公式驗證 53
3.4 數值模擬程式建置 (MATLAB) 55
3.4.1使用軟體及軟體簡介 55
3.4.2有限元素法 55
3.4.3集中質量法 57
3.4.2數值程式建立 59
3.4.3線性Newmark-β方法 61
第四章 結果與討論 65
4.1 震盪氣室幾何參數結果比較 65
4.1.1模型設計 66
4.1.2氣流出口面積比 69
4.1.3氣室高度比 76
4.1.4開口面積比 80
4.1.5氣流出口方向 84
4.2 震盪氣室於剛架系統之動力行為影響分析結果 86
4.2.1剛架式基礎受波浪作用下之動力行為分析 86
4.2.2離岸式OWC之震盪氣室對於剛架結構動力行為之比較 92
4.2.3加速度傅立葉轉換後頻譜分析 106
第五章 結論與建議 108
5.1 結論 108
5.1.1離岸式震盪水柱波能發電之氣室幾何研究 108
5.1.2震盪氣室對於剛架結構之動力行為 109
5.2 建議 111
參考文獻 112
附錄 115
波浪力計算參數公式 115
風速時序圖 116
氣壓時序圖 122

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