柔性波浪能发电机发电环的老化特性研究
发布时间：2021-01-01 03:45
介电弹性体（DE,Dielectric Elastomer）因其具有柔性好,变形大,比能量密度和转换效率高等优点,在驱动和发电领域已成为全球重点研究的新型材料,因此评估介电弹性体的寿命具有重要意义。传统波浪能发电机大多基于刚性结构捕获和转换能量,具有成本高、适应性和可控性差等共性问题,本文提出了一种利用介电弹性体发电的柔性波浪能发电机,着重研究其波能转换装置-介电弹性体发电环的寿命特性。介电弹性体发电环由介电弹性体材料、柔性电极、电引线、偏置电源等组成。介电弹性体材料在不同的外部环境下,如不同的电压,不同的拉力压力等情况下表现出不同的寿命情况。本文研究的介电弹性体发电环工作在不同电压,高湿度的环境下,并且其性能受到本身发电环柔性电极、电引线等影响。因此,本文主要对介电弹性体发电环进行电老化寿命研究和机械疲劳老化寿命研究,探究其寿命模型以及影响因素。本文的主要研究内容如下:（1）介电弹性体的发电环老化理论研究。提出了一种柔性波浪能发电机结构,阐述了波浪能发电机,尤其是介电弹性体环的发电原理,着重研究了发电环老化寿命问题。在电老化寿命模型理论基础上,比较了几种加速老化实验方法。在选取合适的...
【文章来源】：浙江师范大学浙江省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于介电弹性体的振荡水柱型波浪能发电机Kornbluh等人[28]设计了一种海上浮标式发电装置，这种装置是使用DE和轧
第1章绪论41.2.2基于介电弹性体的海洋能发电机国内外研究现状目前，利用介电弹性体发电的波浪能发电机的相关研究越来越多，大多数能量捕获方式是振荡水柱式、浮标式、摆式，也有其他如水轮式、管式等方式。如图1.1所示的振荡水柱式波浪能发电机结构比较简单。发电机具体的工作过程[27]如下：当海浪波峰进入腔内时，腔内中的气体受到压缩，气压增大，导致气体通过上部气流通道向外排出，此时DE膜被拉伸。反之，DE膜返回其原始形状或向下凹起。通过波浪的重复运动，波浪的机械能被转换为空气的机械能，再通过DE膜的拉伸收缩转化为电能。图1.1基于介电弹性体的振荡水柱型波浪能发电机Kornbluh等人[28]设计了一种海上浮标式发电装置，这种装置是使用DE和轧辊组合的换能器。如图1.2，换能器“悬挂”在浮体的上方。尽管透明的发电机原型的外壳温度接近55℃，环境湿度也会接近100%，但是筒状的介电弹性体以及轧辊在海道中还能保持有效运行。波浪运动引起浮标的惯性力从而导致轧辊拉伸收缩，使得DEG发生变形，将机械能转化为电能。图1.2海上浮标式发电装置PrahladH等人[29]设计了一种浮标式介电弹性体发电装置，如图1.3所示。浮标（红色浮子部分）和底座中间用介电弹性体连接（介电弹性体位于系绳内），
第1章绪论5海浪起伏带动浮子进行往复运动，使系绳内的介电弹性体发生拉伸与收缩，从而发电。这种浮标式介电弹性体发电装置所产生的分布式的电能将能够给GPS系统、个人手机以及局部的独立电站等进行充电。图1.3浮标式介电弹性体发电装置MorettiG等人[30]提出了一种新颖的振荡体系结构波浪能转换器，系统渲染图如图1.4所示。他们在DEG海洋能发电方面也进行了深入的研究，提出的结构是配有平行四边形形状的DEG，包括底部铰接的摆动桨叶，其枢轴位于海床旁边。图1.4摆式介电弹性体发电机ChibaS等人[31-32]设计了一种基于介电弹性体的水轮式能量收集器，如图1.5所示。该水轮直径为30cm。水轮式能量收集器具体的工作原理有以下几个步骤：首先提供一个小水泵(280mL/s流量)供水使水轮旋转，紧接着水轮旋转后带动水轮中心的推杆运动，从而使EAP单元发生周期变形发电。ChibaS等人实验得出，轮子每转一圈大概能提供35mJ的电能。按照这个比例计算，假如水轮直径增大到80cm，那么水轮每转动一圈，则可以产生5.4-6J的电能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]无机粒子填充硅橡胶基介电弹性体的研究进展[J]. 李飞,张子靖,盛玲艳,吴崇刚,龚兴厚,隋刚,胡涛. 化工新型材料. 2019(10)
[2]基于步进应力加速老化和改进Arrhenius模型的橡胶贮存寿命预测[J]. 刘巧斌,史文库,刘鹤龙,陈志勇,曹飞,闵海涛. 国防科技大学学报. 2019(05)
[3]基于介电弹性体的海洋能发电装置的研究进展[J]. 鄂世举,李佳玲,曹建波,陈亦开,潘欣,竺振才,兰猛,陆刚强,包昆伟. 压电与声光. 2019(05)
[4]介电弹性体驱动器动态电压下的变形特征及击穿行为研究[J]. 刘学婧,贾书海,李博,陈花玲. 西安交通大学学报. 2019(02)
[5]海洋强国建设背景下加快海洋能开发利用的思考[J]. 刘玉新,王海峰,王冀,陈利博. 科技导报. 2018(14)
[6]局部放电条件下干式空心电抗器匝间绝缘的电老化特性研究[J]. 聂洪岩,张潮海,顾哲屹,姚远航,刘晓胜. 电工技术学报. 2018(13)
[7]中国海域波浪能资源分布及波浪能发电装置适用性研究[J]. 胡聪,毛海英,尤再进,石洪源,高松. 海洋科学. 2018(03)
[8]基于Fe-safe螺杆泵定子橡胶疲劳裂纹形成寿命预测[J]. 祖海英,耿春丽,李大奇,宋玉杰. 机械强度. 2018(01)
[9]不对称电极介电弹性体的电致动响应与有限元分析[J]. 陈鹿民,王晨,王才东,史波,郭东杰. 功能材料. 2017(06)
[10]海洋潮流能发电装置综述[J]. 王世明,任万超,吕超. 海洋通报. 2016(06)
硕士论文
[1]推挽式介电弹性体发电机结构设计与控制策略研究[D]. 竺振才.浙江师范大学 2019
[2]基于有限元法的介电弹性体发电机机电耦合特性研究[D]. 金建华.浙江师范大学 2018
[3]高介电常数丙烯酸酯弹性体基复合材料的制备及性能研究[D]. 吴森强.南京航空航天大学 2018
[4]多应力条件下橡胶疲劳寿命预测方法研究[D]. 王星盼.哈尔滨工业大学 2016
[5]500kV电力变压器线圈模型匝间绝缘电老化特性实验研究[D]. 李林骜.哈尔滨理工大学 2016
[6]橡胶疲劳寿命的有限元分析研究[D]. 曹婷婷.华南理工大学 2014
本文编号：2950890
【文章来源】：浙江师范大学浙江省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于介电弹性体的振荡水柱型波浪能发电机Kornbluh等人[28]设计了一种海上浮标式发电装置，这种装置是使用DE和轧
第1章绪论41.2.2基于介电弹性体的海洋能发电机国内外研究现状目前，利用介电弹性体发电的波浪能发电机的相关研究越来越多，大多数能量捕获方式是振荡水柱式、浮标式、摆式，也有其他如水轮式、管式等方式。如图1.1所示的振荡水柱式波浪能发电机结构比较简单。发电机具体的工作过程[27]如下：当海浪波峰进入腔内时，腔内中的气体受到压缩，气压增大，导致气体通过上部气流通道向外排出，此时DE膜被拉伸。反之，DE膜返回其原始形状或向下凹起。通过波浪的重复运动，波浪的机械能被转换为空气的机械能，再通过DE膜的拉伸收缩转化为电能。图1.1基于介电弹性体的振荡水柱型波浪能发电机Kornbluh等人[28]设计了一种海上浮标式发电装置，这种装置是使用DE和轧辊组合的换能器。如图1.2，换能器“悬挂”在浮体的上方。尽管透明的发电机原型的外壳温度接近55℃，环境湿度也会接近100%，但是筒状的介电弹性体以及轧辊在海道中还能保持有效运行。波浪运动引起浮标的惯性力从而导致轧辊拉伸收缩，使得DEG发生变形，将机械能转化为电能。图1.2海上浮标式发电装置PrahladH等人[29]设计了一种浮标式介电弹性体发电装置，如图1.3所示。浮标（红色浮子部分）和底座中间用介电弹性体连接（介电弹性体位于系绳内），
第1章绪论5海浪起伏带动浮子进行往复运动，使系绳内的介电弹性体发生拉伸与收缩，从而发电。这种浮标式介电弹性体发电装置所产生的分布式的电能将能够给GPS系统、个人手机以及局部的独立电站等进行充电。图1.3浮标式介电弹性体发电装置MorettiG等人[30]提出了一种新颖的振荡体系结构波浪能转换器，系统渲染图如图1.4所示。他们在DEG海洋能发电方面也进行了深入的研究，提出的结构是配有平行四边形形状的DEG，包括底部铰接的摆动桨叶，其枢轴位于海床旁边。图1.4摆式介电弹性体发电机ChibaS等人[31-32]设计了一种基于介电弹性体的水轮式能量收集器，如图1.5所示。该水轮直径为30cm。水轮式能量收集器具体的工作原理有以下几个步骤：首先提供一个小水泵(280mL/s流量)供水使水轮旋转，紧接着水轮旋转后带动水轮中心的推杆运动，从而使EAP单元发生周期变形发电。ChibaS等人实验得出，轮子每转一圈大概能提供35mJ的电能。按照这个比例计算，假如水轮直径增大到80cm，那么水轮每转动一圈，则可以产生5.4-6J的电能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]无机粒子填充硅橡胶基介电弹性体的研究进展[J]. 李飞,张子靖,盛玲艳,吴崇刚,龚兴厚,隋刚,胡涛. 化工新型材料. 2019(10)
[2]基于步进应力加速老化和改进Arrhenius模型的橡胶贮存寿命预测[J]. 刘巧斌,史文库,刘鹤龙,陈志勇,曹飞,闵海涛. 国防科技大学学报. 2019(05)
[3]基于介电弹性体的海洋能发电装置的研究进展[J]. 鄂世举,李佳玲,曹建波,陈亦开,潘欣,竺振才,兰猛,陆刚强,包昆伟. 压电与声光. 2019(05)
[4]介电弹性体驱动器动态电压下的变形特征及击穿行为研究[J]. 刘学婧,贾书海,李博,陈花玲. 西安交通大学学报. 2019(02)
[5]海洋强国建设背景下加快海洋能开发利用的思考[J]. 刘玉新,王海峰,王冀,陈利博. 科技导报. 2018(14)
[6]局部放电条件下干式空心电抗器匝间绝缘的电老化特性研究[J]. 聂洪岩,张潮海,顾哲屹,姚远航,刘晓胜. 电工技术学报. 2018(13)
[7]中国海域波浪能资源分布及波浪能发电装置适用性研究[J]. 胡聪,毛海英,尤再进,石洪源,高松. 海洋科学. 2018(03)
[8]基于Fe-safe螺杆泵定子橡胶疲劳裂纹形成寿命预测[J]. 祖海英,耿春丽,李大奇,宋玉杰. 机械强度. 2018(01)
[9]不对称电极介电弹性体的电致动响应与有限元分析[J]. 陈鹿民,王晨,王才东,史波,郭东杰. 功能材料. 2017(06)
[10]海洋潮流能发电装置综述[J]. 王世明,任万超,吕超. 海洋通报. 2016(06)
硕士论文
[1]推挽式介电弹性体发电机结构设计与控制策略研究[D]. 竺振才.浙江师范大学 2019
[2]基于有限元法的介电弹性体发电机机电耦合特性研究[D]. 金建华.浙江师范大学 2018
[3]高介电常数丙烯酸酯弹性体基复合材料的制备及性能研究[D]. 吴森强.南京航空航天大学 2018
[4]多应力条件下橡胶疲劳寿命预测方法研究[D]. 王星盼.哈尔滨工业大学 2016
[5]500kV电力变压器线圈模型匝间绝缘电老化特性实验研究[D]. 李林骜.哈尔滨理工大学 2016
[6]橡胶疲劳寿命的有限元分析研究[D]. 曹婷婷.华南理工大学 2014
本文编号：2950890
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