基于流致振动的水下压电俘能模拟与实验研究

发布时间：2022-04-23 07:45

　　近年来,随着能源问题日益严重以及MEMS和微传感技术的发展,利用压电效应来从自然界俘获能量供电受到越来越多学者的关注。本文介绍了一种基于水流流致振动的水下压电俘能器,该俘能器由绕流圆柱和压电悬臂梁两部分组成。文中首先建立了单个俘能器在水下振动的数学模型,在不改变压电悬臂梁,流速在0.1—0.65m/s的情况下,对圆柱质量比和直径对俘能器的影响进行数值分析和实验。发现圆柱质量比越小,俘能器的输出越高,对应的启动流速也越大;单纯增大圆柱直径时输出对应的流速范围会增大,并且不会提高俘能器的起振流速。就输出电压的峰值而言俘能器圆柱直径存在最优值,这个值接近于压电梁的宽度。接着以两个压电俘能器为一组,同组的俘能器参数相同,根据圆柱质量比和直径分为四组。将同组的两个俘能器在水下串行排放,水流流速范围与单俘能器一致,对两个俘能器开路输出电压随中心距变化的规律进行Fluent仿真和实验研究。发现不管中心距为多少,后面俘能器的最大输出总是不小于前面俘能器,两个俘能器的输出都不会弱于单俘能器,而且有增大输出流速范围的作用。随着中心距的增大,两个俘能器的相互影响逐渐变弱,输出的提升效果也逐渐变弱。小中心距下... 

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的来源及研究的目的和意义
        1.1.1 课题的来源
        1.1.2 研究的目的和意义
    1.2 国内外在该方向的研究现状及分析
        1.2.1 压电俘能研究现状
        1.2.2 流致振动研究
        1.2.3 流致振动俘能研究
        1.2.4 国内外文献综述的简析
    1.3 主要研究内容
第2章 俘能器发电特性的数学模型
    2.1 引言
    2.2 结构和工作原理
        2.2.1 俘能器结构
        2.2.2 俘能器的原理
    2.3 压电俘能器建模
        2.3.1 水下压电俘能器数学模型的建立
        2.3.2 基于Fluent的仿真模型
        2.3.3 双俘能器建模
    2.4 本章小结
第3章 俘能器发电特性的仿真分析
    3.1 引言
    3.2 研究影响单俘能器输出的参数
        3.2.1 确定俘能器的各项参数
        3.2.2 圆柱质量比对俘能器的影响
        3.2.3 阻尼对俘能器输出的影响
        3.2.4 圆柱直径对俘能的影响
    3.3 基于Fluent的双俘能器输出特性仿真
        3.3.1 验证Fluent仿真的可行性
        3.3.2 双俘能器的输出特性分析
    3.4 本章小结
第4章 俘能器发电特性实验
    4.1 引言
    4.2 试验系统
        4.2.1 俘能器实验样机的制作
        4.2.2 实验测试系统的搭建
    4.3 单俘能器实验
        4.3.1 质量比对俘能器输出的影响
        4.3.2 直径对输出的影响
    4.4 双俘能器俘能实验
        4.4.1 圆柱质量比为1.18直径为10mm的俘能器输出特性
        4.4.2 圆柱质量比为1.18直径为15mm的俘能器输出特性
        4.4.3 圆柱质量比为2.7直径为10mm的俘能器输出特性
        4.4.4 圆柱质量比为2.7直径为15mm的俘能器输出特性
    4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]压电俘能技术研究现状综述[J]. 袁江波,谢涛,单小彪,陈维山.  振动与冲击. 2009(10)

博士论文
[1]基于流机电多物理场耦合下涡激振动能量收集模型及特性[D]. 王军雷.重庆大学 2014
[2]考虑大变形的深水立管涡激振动非线性分析方法研究[D]. 吴学敏.中国海洋大学 2013
[3]被动湍流控制下多柱体流致振动研究[D]. 丁林.重庆大学 2013

硕士论文
[1]循环水槽系统设计及参数研究[D]. 于昌利.哈尔滨工程大学 2009



本文编号：3646866