《垂直轴风车》为第一本在日本发行有关垂直轴风车的书，也是世界上少有的有关垂直轴风车的书，作者关和市教授和牛山泉教授从1970年代初期便专心研究垂直轴风车，伴随着地球暖化，环境问题浮上台面，化石燃料资源的枯竭等问题，未来对风力或太阳光等可再生能源的利用，将是必须加速与强化面对的重要课题。而气流不稳定的山丘与城市区域，垂直轴风车是相当适合应用在风向变动剧烈的地形中。

　　本书的出版除了唿应能源相关领域的大学生、研究生，企业、研究机构等的研究人员、技术人员、经营管理部门的执行人员外，也能提供社会团体、能源企划、政策决策人员等的需求。本书不仅提出垂直轴的理论内容，也纪录下制作风机的经验所得到的设计方法或运用诀窍，提出未来大量应用垂直轴风车的可能性。

　　尤其是本书的第6章、第7章、第8章、第9章、以及第10章，为关和市历经30年专心研究开发直线叶片垂直轴风车的研究大成，自负可让此书成为极为有用的技术书。

作者简介

关　和市　（工学博士）

　　1963年：东海大学宇宙航空研究所航空力学组
　　1991年：东海大学开发技术研究所　教授
　　1997年：东海大学综合科学技术研究所　教授
　　2006年：台湾．明道大学能源开发研究中心　教授

　　其他研究领域：次音速、穿音速、超音速及倍音速空气力学，人力飞机，高大隧道换气，飞翔物体、行走物体、结构物体等的应用空气力学，能源转换工学，风车工学，风力发电系统。

　　日本大学理工学院兼任讲师
　　NEDO风力综合调查委员会委员，NEF评议员，日本风力能源协会会长。
　　着作：风力发电Q&A（学献社, 2002）

牛山　泉 （工学博士）

　　1971年：上智大学大学院理工学研究科博士课程毕业
　　现　在：足利工业大学副校长，大学院工学研究科教授，同学综合研究中心长官。

　　中国．浙江工业大学客座教授，台湾．明道大学客座教授，上智大学、庆应义塾大学、国土交通大学、JICA筑波国际研修中心等的兼任讲师。
专攻能源转换工学。

　　着　作：小型风车□□□□□□（□□□社,1980）
　　手作□风车□□□（□□□社,1995）
　　□□□□□□□□□风车入门（三省堂,1991）
　　风车工学入门（森北出版,2002）
　　风力□□□□□的基础（□□□社,2005）

审定者简介

林辉政　博士

　　国立台湾大学工程科学及海洋工程系教授
　　国立澎湖科技大学校长

第1章 风车的时代；为何要使用风力发电
1.1  地球环境问题
1.2　化石燃料的枯竭
1.3　三元悖论的解决
1.4　风力发电的贡献
1.5　水平轴？垂直轴？─比较其风力涡轮─
1.6　迈向风力发电的时代

第2章　垂直轴风车的历史
2.1　垂直轴风车的发展历史
2.2　风力发电的创始者；詹姆士．布莱斯
2.3　垂直轴风车代表~桶形风车与打蛋型风车~
2.4　世界最大的垂直轴打蛋型风车~4MW Eole Project~
2.5　风车的新技术

第3章　风况与风力利用
3.1  风的特性
3.1.1  风能
3.1.2  风的种类
3.1.3  风速的高度分布
3.1.4  地形等原因造成风的变化
3.1.5  风速随时间的变化
3.1.6  风的流动与空气密度的变化
3.1.7  风向、风速分布
3.2  风况分析与可利用能源
3.2.1  韦伯分布
3.2.2  雷利分布
3.2.3  风力发电系统的性能与指标
3.2.4  可以取得的能源量
3.2.5  风的资源量；风况图
3.3  日本的风力发电开发目标

第4章　风车的基础知识
4.1　风车的种类与特征
4.1.1　风车的种类
4.1.2　水平轴风车的种类与特征
4.1.3　垂直轴风车的种类与特征
4.2　风车的基础原理
4.2.1　阻力型风车
4.2.2　升力型风车
4.2.3　阻力型风车与升力型风车的比较
4.3　风车的性能评估
4.4　风力发电系统的综合效率

第5章  垂直轴风车的基础知识
5.1　阻力型风车
5.2　升力型风车
5.3　打蛋型转子
5.4　叶片的接合
5.5　为什么垂直轴风车会转动？
5.6　垂直轴风车的分析
5.7　垂直轴风车的宽高比
5.8　作用于垂直轴风车的离心力
5.9　垂直轴风车的性能计算
5.10　垂直轴风车的课题

第6章  垂直轴风车的开发
6.1　垂直轴风车
6.2　桶形风车的开发
6.3　美国、加拿大的打蛋型风车开发
6.4　印度垂直轴风车的开发
6.4.1　研究背景
6.4.2　打蛋型转子的性能分析
6.4.3　曲线叶片风力涡轮
6.4.4　桶形转子的风洞实验
6.4.5　直线叶片风力涡轮
6.4.6　分析与评价
6.5　日本打蛋型风车的开发
6.5.1　东海大学直翼型垂直轴风电系统的研发
6.5.2　三菱电机的打蛋型风车开发
6.5.3　日本的垂直轴风车

第7章  垂直轴风车的空气力学
7.1  风车内风速及速度降低率
7.2  风车的理论效率
7.3  垂直轴风车的基础理论
7.4  垂直轴风车的基础特性式
7.4.1  关于叶片的特性式
7.4.2  关于横桿的特性式
7.4.3  风车整体的特性式
7.5  直线叶片垂直轴风车的气流解析及其应用
7.6  风车理论效率的最大值(贝兹理论)
7.7  逐次计算法
7.8  性能计算结果（参数的变化对风车效率的影响）
7.8.1  弦周比和效率
7.8.2  叶片枚数和效率
7.8.3  支撑叶片横桿数和效率
7.8.4  纵横比和效率
7.8.5  叶片的安装角度和效率
7.8.6  叶片形状和效率
7.8.7  直线叶片垂直轴风车的性能计算的结论

第8章  垂直轴风车设计的基础知识
8.1  风能与风车设计的基础知识
8.1.1  风车设计的基础知识
8.1.2  风力能源及其利用
8.1.3  风能系统设计风速的决定方法
8.1.4  风车的基础理论
8.1.5  结构设计上的考虑
8.1.6  运作风速的定义
8.2  垂直轴风车的特征和动作原理
8.2.1  垂直轴风车的分类
8.2.2  垂直轴风车的特征
8.2.3  垂直轴风车的运作原理
8.2.4  风车性能的影响要素
8.3  直线翼垂直轴风车的设计和技术性课题
8.3.1  空气动力结构物课题
8.3.2  固定螺距风车课题
8.3.3  风车运作问题
8.3.4  电力稳定课题
8.3.5  能源储藏方式
8.3.6  结构材料课题

第9章  垂直轴风车的设计
9.1  垂直轴风车的设计重点
9.1.1  一般与负载条件设定
9.1.2  变动负荷与疲劳
9.2  垂直轴风车的设计方法
9.2.1  设计组成因素
9.2.2  风车涡轮
9.2.3  设计
9.2.4  直线翼垂直轴风车的设计条件
9.2.5  直线翼垂直轴风车的静态负荷
9.2.6  直线翼垂直轴风车的振动负荷
9.2.7  直线翼垂直轴风车的强度保证条件
9.2.8  设计运作风速的定义
9.2.9  设计运作转速的定义
9.2.10  安全系数
9.2.11  各部份应力分析
9.2.12  各部份振动分析
9.2.13  标准设计规格
9.3  翼型的设计
9.3.1  翼型的开发
9.3.2  TWT系翼型的设计方法
9.3.3  2维翼型实验
9.3.4  实验结果的表示算式
9.3.5  低雷诺数设计高性能TWT系列叶片的方法
9.3.6  最佳翼型
9.4  TWT翼型与风车特性
9.4.1  旋转角与转矩系数
9.4.2  旋转时相对风速产生的空气动力
9.4.3  旋转角与叶片攻角
9.4.4  最佳翼型与风车特性
9.5  风车与发电设备的整合
9.5.1  风力发电装置
9.5.2  整流方式风力用发电装置
9.5.3  新型发电装置
9.5.4  其他发电机的特征
9.5.5  发电装置的应用
9.6  垂直轴风车的控制
9.6.1  风车特性
9.6.2  垂直轴风车的质量特性
9.6.3  垂直轴风车的负载特性
9.6.4  垂直轴风车的运动方程式
9.6.5  垂直轴风车的模拟
9.7  垂直轴风车的结构设计
9.7.1  垂直轴风车的受力
9.7.2  垂直轴风车的构造力学特性
9.7.3  垂直轴风车振动的分析方法
9.7.4  垂直轴风车的振动
9.7.5  垂直轴风车的设计风速
9.7.6  垂直轴风车运转的考量
9.7.7  垂直轴风车静态负荷的设计
9.7.8  垂直轴风车振动负荷的考量
9.7.9  垂直轴风车的设计方法
9.8  产品支援
9.8.1  总体管理系统的重要性
9.8.2  小型风车的应用
9.8.3  併联电源的利用型态
9.8.4  小型风车的併联具体范例
9.9  安全系统
9.10  垂直轴风车的设计范例
9.10.1  底角风速、风能密度、设计风速的决定方法
9.10.2  主要设计
9.10.3  风车性能

第10章  实地测试
10.1　实验用直线翼垂直轴风车实地测试
10.1.1　风车的特征与性能
10.1.2　风车的控制装置
10.2　直线翼垂直轴风车的实地测试
10.2.1　实地测试范例（1）
10.2.2　实地测试范例（2）
10.2.3　实地测试范例（3）
10.2.4　实地测试范例（4）
10.2.5　实地测试范例（5）
10.3　实际风况下的风车效率计算式

第11章  风力发电的环境影响
11.1　风力发电的环境评估
11.1.1　噪音
11.1.2　电磁干扰
11.1.3　景观
11.2　对生态系影响：野鸟的影响
11.3　风能的环境面
11.4　风力发电的公众接纳性
11.5　风力涡轮的运作及环境的影响
11.6　圆满的环境评估

第12章  垂直轴风车的利用与展望
12.1　风车的最佳运作条件
12.2　风力抽水帮浦的种类与特性
12.2.1　风车与帮浦的组合
12.2.2　抽水性能
12.2.3　风力抽水系统的简易推算法
12.3　风力的热能转换
12.3.1　风力热能转换方式的种类与特征
12.3.2　风力热能转换系统的实际范例
12.3.3　风力热能转换的展望
12.4　中小规模的风力利用
12.4.1　农渔业的风能利用
12.4.2　地方自治团体风能利用的展望
12.5　垂直轴风车的海上风力发电
12.5.1　海上风力发电的现状
12.5.2　海上风力发电的未来
12.5.3　日本的海上风力发电的可能性
12.5.4　浮动型海上风力发电系统
12.5.5　浮动型海上风力发电的海上电解工厂
12.5.6　日本的海上风力发电课题

后记
索引