基于预弯压电振子风力发电机的设计与试验
发布时间：2022-01-21 08:01
为满足无线电监测系统的自供电需求,针对自然风环境下压电振子的有效激励问题,本文提出了一种基于预弯压电振子的风力发电机,并从仿真和试验两方面对其发电特性进行了研究。具体研究工作如下:建立了悬臂梁预弯压电振子的COMSOL有限元仿真模型,研究了压电振子的结构参数和外部参数对其结构应力、固有频率及发电性能（输出电压及功率）的影响规律,为压电振子的优选提供参考,结果表明:①压电振子的结构应力、固有频率及发电性能受压电振子结构尺寸和外部参数影响明显;②均布载荷的增加会改变压电振子固有频率随结构参数变化的规律;③压电振子存在最佳负载电阻和激励频率使平均功率最大;建立了发电机的COMSOL流固耦合有限元仿真模型,研究了风速、迎风角、扰流板的有无及其安装角度对发电机输出性能的影响规律,为后续发电机的设计提供参考,结果表明:①由仿真结果得斯特劳哈尔数St≈0.31;②压电振子变形量随风速的增大而增大,存在最佳风速使得振幅达到最大;存在最佳迎风角使得变形量达到最大;③扰流板的增加可提高发电机的输出性能及其稳定性;为验证理论与仿真的正确性,设计制作了试验样机,搭建了试验平台并进行试验,获得了风速、迎风角、附...
【文章来源】：浙江师范大学浙江省
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３压电悬臂梁在风洞中的放置方式??上述分析结果表明，现有的刚性梁型直激式发电机虽可实现流体能量的有效??
前后侧压力交替改变ｆＷ，从而使压电振子产生自激振动发电。??２０１２年，新加坡国立大学的Ｈｕｉｃｏｎｇ?Ｌｉｕ［１７］等人设计了压电微悬臂风力发电??机（见图１」），在风速１５．６ｍ／ｓ，优化功率负载电阻ｌＯＯｋｉｌ，输出功率为０．３６ｍＷ。??、?压电振子??图１．１压电微悬臂风力发电机??２０１６年，阚君武等［１８］设计了一种直激式压电发电机（见图１．２）并进行了仿真??与试验分析，获了压电振子厚度比，附加质量及风速对其发电性能的影响。但尚??未涉及迎风角对其发性能的影响，研宄尚需进一步深入与完善。???氬?１?．…??．．??图１．２直激式压电发电机??２０１６年，上海大学吴松等［１９］进行了振动式压电风能发电机装置（见图１．３）的??研宄，建立了发电装置在风场中的有限元模型，制作了压电发电装置，并在微型??风洞中进行了实验。结果表明，发电装置在风场中径向放置时产生的电压明显比??其他放置方式高，当风速为１５ｍ／ｓ时，径向放置的输出电压峰峰值大约是轴向放??置的两倍。??—．?压电酐??图１．３压电悬臂梁在风洞中的放置方式??上述分析结果表明
前后侧压力交替改变ｆＷ，从而使压电振子产生自激振动发电。??２０１２年，新加坡国立大学的Ｈｕｉｃｏｎｇ?Ｌｉｕ［１７］等人设计了压电微悬臂风力发电??机（见图１」），在风速１５．６ｍ／ｓ，优化功率负载电阻ｌＯＯｋｉｌ，输出功率为０．３６ｍＷ。??、?压电振子??图１．１压电微悬臂风力发电机??２０１６年，阚君武等［１８］设计了一种直激式压电发电机（见图１．２）并进行了仿真??与试验分析，获了压电振子厚度比，附加质量及风速对其发电性能的影响。但尚??未涉及迎风角对其发性能的影响，研宄尚需进一步深入与完善。???氬?１?．…??．．??图１．２直激式压电发电机??２０１６年，上海大学吴松等［１９］进行了振动式压电风能发电机装置（见图１．３）的??研宄，建立了发电装置在风场中的有限元模型，制作了压电发电装置，并在微型??风洞中进行了实验。结果表明，发电装置在风场中径向放置时产生的电压明显比??其他放置方式高，当风速为１５ｍ／ｓ时，径向放置的输出电压峰峰值大约是轴向放??置的两倍。??—．?压电酐??图１．３压电悬臂梁在风洞中的放置方式??上述分析结果表明
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型风力压电发电装置设计及发电性能[J]. 陈扬东,龚俊杰,吉灵龙,陈敢,边义祥. 压电与声光. 2017(04)
[2]基于压电片的风力发电装置及其自动迎风研究[J]. 龙军,李茂军. 压电与声光. 2017(03)
[3]振动式压电风能发电装置的研究[J]. 吴松,张健滔. 微特电机. 2016(10)
[4]刚柔复合梁压电风能采集器的试验测试与分析[J]. 王淑云,沈亚林,阚君武,汪彬,张忠华,严梦加,方江海. 振动与冲击. 2016(18)
[5]一种错位旋磁激励压电俘能器[J]. 阚君武,张肖逸,王淑云,汪彬,余杰,张忠华,何恒钱. 中国机械工程. 2016(16)
[6]基于风致振动机理的微型压电风能采集器[J]. 曹旸,陈仁文. 压电与声光. 2016(04)
[7]直激式压电风能捕获器的性能分析与实验[J]. 阚君武,张肖逸,王淑云,汪彬,沈亚林,杨灿,傅青青. 光学精密工程. 2016(05)
[8]基于CFD和CSD耦合的涡激振和颤振气弹模拟[J]. 李永乐,朱佳琪,唐浩俊. 振动与冲击. 2015(12)
[9]无线传感器网络在桥梁健康监测中的应用[J]. 俞姝颖,吴小兵,陈贵海,戴海鹏,洪卫星. 软件学报. 2015(06)
[10]旋磁激励式圆形压电振子发电机[J]. 阚君武,于丽,王淑云,杨振宇,李洋,金贤芳. 振动与冲击. 2015(02)
博士论文
[1]基于无线传感器网络的建筑安全监测技术研究[D]. 高治军.大连理工大学 2014
硕士论文
[1]基于谐振腔和簧片阀结构的风能回收装置[D]. 季军.中国科学技术大学 2010
[2]桥梁结构的驰振现象及其控制[D]. 郝浩.长安大学 2010
本文编号：3599883
【文章来源】：浙江师范大学浙江省
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３压电悬臂梁在风洞中的放置方式??上述分析结果表明，现有的刚性梁型直激式发电机虽可实现流体能量的有效??
前后侧压力交替改变ｆＷ，从而使压电振子产生自激振动发电。??２０１２年，新加坡国立大学的Ｈｕｉｃｏｎｇ?Ｌｉｕ［１７］等人设计了压电微悬臂风力发电??机（见图１」），在风速１５．６ｍ／ｓ，优化功率负载电阻ｌＯＯｋｉｌ，输出功率为０．３６ｍＷ。??、?压电振子??图１．１压电微悬臂风力发电机??２０１６年，阚君武等［１８］设计了一种直激式压电发电机（见图１．２）并进行了仿真??与试验分析，获了压电振子厚度比，附加质量及风速对其发电性能的影响。但尚??未涉及迎风角对其发性能的影响，研宄尚需进一步深入与完善。???氬?１?．…??．．??图１．２直激式压电发电机??２０１６年，上海大学吴松等［１９］进行了振动式压电风能发电机装置（见图１．３）的??研宄，建立了发电装置在风场中的有限元模型，制作了压电发电装置，并在微型??风洞中进行了实验。结果表明，发电装置在风场中径向放置时产生的电压明显比??其他放置方式高，当风速为１５ｍ／ｓ时，径向放置的输出电压峰峰值大约是轴向放??置的两倍。??—．?压电酐??图１．３压电悬臂梁在风洞中的放置方式??上述分析结果表明
前后侧压力交替改变ｆＷ，从而使压电振子产生自激振动发电。??２０１２年，新加坡国立大学的Ｈｕｉｃｏｎｇ?Ｌｉｕ［１７］等人设计了压电微悬臂风力发电??机（见图１」），在风速１５．６ｍ／ｓ，优化功率负载电阻ｌＯＯｋｉｌ，输出功率为０．３６ｍＷ。??、?压电振子??图１．１压电微悬臂风力发电机??２０１６年，阚君武等［１８］设计了一种直激式压电发电机（见图１．２）并进行了仿真??与试验分析，获了压电振子厚度比，附加质量及风速对其发电性能的影响。但尚??未涉及迎风角对其发性能的影响，研宄尚需进一步深入与完善。???氬?１?．…??．．??图１．２直激式压电发电机??２０１６年，上海大学吴松等［１９］进行了振动式压电风能发电机装置（见图１．３）的??研宄，建立了发电装置在风场中的有限元模型，制作了压电发电装置，并在微型??风洞中进行了实验。结果表明，发电装置在风场中径向放置时产生的电压明显比??其他放置方式高，当风速为１５ｍ／ｓ时，径向放置的输出电压峰峰值大约是轴向放??置的两倍。??—．?压电酐??图１．３压电悬臂梁在风洞中的放置方式??上述分析结果表明
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型风力压电发电装置设计及发电性能[J]. 陈扬东,龚俊杰,吉灵龙,陈敢,边义祥. 压电与声光. 2017(04)
[2]基于压电片的风力发电装置及其自动迎风研究[J]. 龙军,李茂军. 压电与声光. 2017(03)
[3]振动式压电风能发电装置的研究[J]. 吴松,张健滔. 微特电机. 2016(10)
[4]刚柔复合梁压电风能采集器的试验测试与分析[J]. 王淑云,沈亚林,阚君武,汪彬,张忠华,严梦加,方江海. 振动与冲击. 2016(18)
[5]一种错位旋磁激励压电俘能器[J]. 阚君武,张肖逸,王淑云,汪彬,余杰,张忠华,何恒钱. 中国机械工程. 2016(16)
[6]基于风致振动机理的微型压电风能采集器[J]. 曹旸,陈仁文. 压电与声光. 2016(04)
[7]直激式压电风能捕获器的性能分析与实验[J]. 阚君武,张肖逸,王淑云,汪彬,沈亚林,杨灿,傅青青. 光学精密工程. 2016(05)
[8]基于CFD和CSD耦合的涡激振和颤振气弹模拟[J]. 李永乐,朱佳琪,唐浩俊. 振动与冲击. 2015(12)
[9]无线传感器网络在桥梁健康监测中的应用[J]. 俞姝颖,吴小兵,陈贵海,戴海鹏,洪卫星. 软件学报. 2015(06)
[10]旋磁激励式圆形压电振子发电机[J]. 阚君武,于丽,王淑云,杨振宇,李洋,金贤芳. 振动与冲击. 2015(02)
博士论文
[1]基于无线传感器网络的建筑安全监测技术研究[D]. 高治军.大连理工大学 2014
硕士论文
[1]基于谐振腔和簧片阀结构的风能回收装置[D]. 季军.中国科学技术大学 2010
[2]桥梁结构的驰振现象及其控制[D]. 郝浩.长安大学 2010
本文编号：3599883
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