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日本新幹線集電弓的造型設計的靈感來自貓頭鷹的羽毛~能減少高速行駛中產生的噪音

羽毛也是貓頭鷹靜音飛行的重要因素。貓頭鷹翅膀初級飛羽外緣的梳齒結構可以起到渦流發生器的作用，將流過翅膀表面的大空氣渦流「過濾」成細碎的小渦流，抑制紊流邊界層噪聲的產生；氣流經過翅膀後緣時會發生渦旋脫落分離，初級飛羽後緣的穗狀須邊可以使脫離過程變得離散，抑制渦流脫離引起的氣動噪聲；覆蓋在貓頭鷹體表的大量鬆軟絨毛具有吸聲降噪功能，能夠吸收氣流與貓頭鷹身體作用時發出的聲音，減少聲音反射。貓頭鷹體表羽毛的多級分叉結構(包括絨毛末級分叉「竹節」結構)也在氣動噪聲能量耗散方面也發揮著重要作用

貓頭鷹的靜音飛行與其飛行噪音的特性有關。貓頭鷹可以將絕大部分飛行噪聲能量控制在1600Hz以下的低頻範圍。而其獵物(田鼠等)的聽覺只對頻率在2000Hz以上的聲音敏感，獵物聽不到貓頭鷹的飛行

貓頭鷹已經掌握了安靜飛行的技巧，因此能在在毫無戒心的獵物頭上滑翔。現在，科學家們認為我們可以向貓頭鷹學習，讓我們的風力渦輪機和飛機安靜下來，而這一切都與貓頭鷹翅膀前部的鋸齒狀邊緣有關
科學家已經通過計算機模型和風洞實驗證明了，這些鋸齒可以幫助我們降低空氣穿過金屬時所產生的噪音。

來自日本千葉大學的研究小組發現，貓頭鷹翅膀前緣的鋸齒能控制湍流和流線型氣流之間的轉換，同樣的原理也可以應用在我們自己的機器上。

這項研究的帶頭人Hao Liu表示：「貓頭鷹因為擁有獨特的翅膀，可以無聲飛行而聞名於世，這些特徵通常包括了前緣鋸齒、後緣條紋，以及天鵝絨般的表面。」

「我們想了解這些特性如何影響空氣動力的產生和噪音的降低，以及它們是否可以應用於其它地方。」

研究人員將受到貓頭鷹翅膀啟發的翼形模型組合在一起，並在缺少前緣鋸齒的情況下對其進行測試。先前的研究已經突出表明了貓頭鷹翅膀的梳狀鋸齒，但研究人員始終不太了解它們的作用。

於是研究人員在一個大型的渦流模擬和低速風洞實驗中，用粒子圖像測速技術（PIV）測試了這些翼形模型。這種渦流模型是科學家用來研究氣流的標準數學模型。

事實證明，翅膀的前緣鋸齒可以被動地控制在0到20度的攻擊角度（AoA）之間，控制層流（穩定的）氣流和在機翼上表面的湍流氣流之間的過渡轉換。該攻擊角度指的是機翼的角度和氣流方向之間的關係。
換句話說，這些鋸齒對於控制空氣動力和聲音的產生是至關重要的：它們打散了撞擊在機翼上的急速氣流中的高頻漩渦，將其變成了更小、更安靜的漩渦。

科學家研究發現，力量生產和噪音抑制之間存在著一種平衡。在AoA不到15度的地方，與乾淨的鉛邊緣相比，鋸齒形的前緣降低了空氣動力學性能。

一旦這個角度超過15度——就像貓頭鷹在飛行中一樣，空氣動力性能和降噪就都會得到改善。

要把這些發現都成功地在渦輪機、飛機以及任何天上飛的東西身上付諸實踐，我們還有很長一段路要走。但是現在的研究都能為後人所借鑑。

Liu說道：「如果是應用於風力渦輪機葉片、飛機機翼或無人機旋翼，這些從貓頭鷹獲得靈感的前沿鋸齒，可以為流量控制和降噪提供有用的仿生設計。」

「比如說，當噪音問題是建造風力渦輪機的主要障礙之一時，提供一種能夠減少噪音的方法是最受歡迎的。」

能源轉型正在一步一腳印地向前邁進之中 -- 加油站OUT加電站IN，工研院帶你揭「水系電池」 之“釩液流循環電池儲能系統”的神秘面紗..... （03/16/2020 蘋果日報）

工研院團隊正和中油公司聯手打造全國第一間智慧綠能加油、充電站。

（突發中心黃羿馨／新竹報導）台灣近年來積極推動再生能源政策，但太陽能、風力等「綠電」來源時間有限，要如何將這些綠能安全、穩定的儲存起來，並能24小時源源不絕供應成為重要課題。

工研院最新研發一種「水系」的釩液流循環電池儲能系統，不但具有適合長時間儲存特性，且因其安全、壽命長優點，非常適合做為定置型儲能設備，現階段除了和日本昭和電工簽署合作備忘錄外，也和中油公司聯手打造一間智慧綠能的「加電站(加油外亦能充電)」，為國內儲能產業開創新的里程碑。

釩液流電池幕後重要推手工研院綠能所組長張文昇，本身是化學背景出身，從2015年起，就與台灣電力公司綜合研究所合作開發「全釩液流儲能系統」，並於2016年完成全台第一個本土化全釩液流電池儲電系統，為台電的「綠能生態園區」提供穩定的儲電系統。

談起背後的辛苦，張文昇說，由於釩液流電池不同於一般常見電池，是將能量儲存於流動式的電解質中，而系統的心臟—也就是電池組，在設計上首要考慮就是避免「滲漏」的問題，以及如何讓液體流動平順，加上為了要改善電池體積大、笨重的問題，因此花了很多時間在電堆設計、材料、改質、密封以及操作控制上，團隊從2009年起至今，至少花了11年的時間改良、設計與測試，才走到今天這一步。

釩液流電池是以化學能的方式儲存在不同價態釩離子水溶液中，跟一般電池不一樣的地方在於，它是透過泵浦循環釩離子水溶液，經過碳電極後使釩離子的氧化價數轉變，藉此釋放與儲存能量，達到電化學儲能之功效。

由於本身沒有材料結構或是組成成分變化，只是簡單的氧化還原反應，因此不但安全性高，貴重的電解質材料也幾乎可以百分之百回收，能量效率更可達80%以上，比起同樣是水系的鉛酸電池，壽命更可長達10年以上。

此外，釩液流電池能儲存的能量，可隨著電解液槽體來擴充，也因其容易隨使用情境改變且壽命長的特點，未來可應用在電動車輛充電以及加油站自給自足使用上。

由於再生能源如太陽能、風力發電都屬間歇性綠電，釩液流電池更具有長時間儲存的優點，能將這些綠電儲存起來，未來就可以24小時源源不絕提供綠電，且也因兼具調解電力優點，讓再生能源輸出更穩定。

張文昇表示，目前工研院綠能所已和日本昭和電工合作投入「新型態全釩液流電池系統」研究，將透過改善全釩液流電池的電堆方式，大幅提升電池效率，未來可直接應用於電網儲能、離網電力、工業儲能、供電站等系統，現階段工研院已和中油公司，聯手打造一間智慧綠能加油站，為電動車等設備提供充電場所，未來加油站也有望成為加電站，帶動能源大革命。

釩液流電池小檔案：

原理：利用過渡金屬釩元素的多種氧化還原特性，透過泵浦循環含釩離子之水溶液，使釩離子經過碳電極，藉由釩離子的氧化價數轉變釋放或儲存能量，達到電化學儲能之功效。

特性：材料容易回收，儲存的能量，可隨著電解液槽體來擴充，較一般鋰電池安全、比鉛酸電池壽命長。

應用：電網儲能、離網電力、工業儲能、供電站等系統。

（資料來源：工研院提供）

完整內容請見：
https://tw.appledaily.com/new/realtime/20200316/1715166

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