小型振动压电发电机气流致振激励技术及其实验研究
本文关键词：小型振动压电发电机气流致振激励技术及其实验研究
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【摘要】：小型振动压电发电机是一种利用弹丸飞行过程中迎面气流激励喷注管内压电晶体产生电能的压电发电机,具有结构简单、体积小、换能效率高等特点。论文以“小型振动压电发电机”为研究对象,针对机械激励系统的气流致振技术,在课题组前期研究的基础上,重点开展喷注管内流场性能及其气流致振激励机理研究,设计振动压电发电机气流致振激励源频率泵浦机械结构。首先,结合课题研究背景,提出本文机械激励系统的气流致振技术的关键问题。结合气动技术在引信中的应用和Hartmann共振管在国内外的研究现状及其应用,设计一种气流致振压电发电机的喷注管机械结构。其次,基于计算流体动力学理论,分析喷注管结构的喷嘴内部形线、共振腔长度、喷嘴到共振腔的间距、中心柱直径以及中心柱长度等尺寸参数对喷注管内湍流场和气流激励共振腔底部的影响,为实验室模拟提供了重要的参考依据。最后,通过实验室空压机模拟试验,分析喷注管结构的喷注口速度、共振腔长度、喷嘴到共振腔的间距等三个主要尺寸参数对压电换能器输出特性的影响。实验数据表明,这三个尺寸参数对喷注管机械结构的发电性能有很大影响,对结构设计有指导意义。本文的研究方法与结果,为气流致振压电发电机机械激励系统的气流致振技术研究与实验提供了一定的理论参考,为提高气流致振激励源频率泵浦能量采集的进一步研究和设计提供了参考。
【关键词】：引信 振动压电发电机 气流致振 喷注 共振腔 计算流体
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM31
【目录】：
- 摘要3-4
- Abstract4-7
- 1 绪论7-19
- 1.1 论文选题背景及研究问题7-12
- 1.1.1 课题研究背景7-8
- 1.1.2 气流致振压电发电机工作原理及研究关键问题8-12
- 1.2 气动技术在引信中的应用与发展12-13
- 1.3 Hartmann共振管及其应用13-17
- 1.3.1 Hartmann共振管的国内外研究现状13-16
- 1.3.2 Hartmann哨的应用16-17
- 1.4 本文的主要研究内容17-19
- 2 气流致声管内流场湍流模型19-32
- 2.1 计算流体动力学简介19-20
- 2.2 适用于气流致声管内流湍流模型20-25
- 2.2.1 流体控制方程20-22
- 2.2.2 湍流的数值模拟方法22-25
- 2.3 气流致声管内流场数值模拟方法25-31
- 2.3.1 内流场控制方程的离散方法25-28
- 2.3.2 内流场网格划分方式28-29
- 2.3.3 内流场控制方程的离散格式29-30
- 2.3.4 内流场边界条件的设置原则30-31
- 2.4 本章小结31-32
- 3 气致声喷注管计算流体及声学特性分析32-50
- 3.1 中心柱哈特曼哨气致声源及其工作原理32-33
- 3.2 气致声喷注管内流场数值分析33-34
- 3.2.1 内流场数值模拟的步骤33
- 3.2.2 喷注管内流场计算域和网格生成33-34
- 3.2.3 喷注管内流场数值模拟的边界条件确定34
- 3.3 中心柱气致喷注管内声波压力分布34-37
- 3.4 收缩喷嘴内部流道形线设计37-40
- 3.5 气致声源的声学特性分析40-48
- 3.5.1 共振腔长度对腔底部压力的影响40-43
- 3.5.2 共振腔与喷注口的距离对腔底部压力的影响43-45
- 3.5.3 中心柱结构参数对腔底部压力的影响45-48
- 3.6 本章小结48-50
- 4 输出电能空压机模拟实验结构50-59
- 4.1 实验喷注管结构设计50-55
- 4.1.1 喷嘴及套筒一体化结构50-51
- 4.1.2 共振腔51-52
- 4.1.3 中心柱52-53
- 4.1.4 压电晶体53
- 4.1.5 收缩喷嘴共振腔一体化构设计53-55
- 4.2 空压机气源实验系统设计55-57
- 4.2.1 实验流程图55-56
- 4.2.2 实验用仪器参数56-57
- 4.3 气致声激励振源压电换能输出特性测试实验57-59
- 5 气致声压电发电机输出电能实验59-70
- 5.1 喷注口气流速度对声振动特性影响59-63
- 5.1.1 喷注口气流速度对喷注管振动压强及频率的影响59-61
- 5.1.2 喷注口气流速度对压电换能器输出特性的影响61-63
- 5.2 喷嘴到共振腔的距离对喷注管声振动特性影响63-65
- 5.2.1 喷嘴到共振腔的距离对喷注管振动压强及频率的影响63-64
- 5.2.2 喷嘴到共振腔的距离对压电换能器输出特性的影响64-65
- 5.3 共振腔长度对喷注管声振动特性影响65-68
- 5.3.1 共振腔长度对喷注管振动压强及频率的影响65-67
- 5.3.2 共振腔长度对压电换能器输出特性的影响67-68
- 5.4 实验误差来源及处理措施68
- 5.5 本章小结68-70
- 6 总结和展望70-72
- 6.1 本文主要工作及成果70
- 6.2 本文创新点70-71
- 6.3 后续工作及展望71-72
- 致谢72-73
- 参考文献73-78
- 附录78
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本文编号：718233
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