基于压电效应的海洋浮体发电研究

发布时间：2021-02-10 02:11

　　近年来，能源危机和温室效应导致的环境问题日益突出。作为一种可再生的替代能源，波浪能的开发显得越来越重要。大部分的波浪能发电装置复杂不可靠，发电的成本比较高，难以商业化。大部分的波浪能压电发电装置虽然简单可靠，但是发电功率和效率受波浪频率的限制。为了提高发电功率，又不得不加大装置的尺寸。针对这些现实问题，本文在前人研究的基础上，提出了一种新型的波浪能压电发电装置。对其进行了理论分析和试验验证，为装置的优化设计提供了参考。基于压电效应的海洋浮体发电装置由漂浮在水面的浮体、中间的凸轮和两边的压电振子组成。中间的凸轮固定在下面的浮体上，为了减小凸轮和压电振子的作用力两边的压电振子交叉排列。固定在浮体上的凸轮在波浪的推动下上下运动，与两边的压电振子交替作用，从而使其不断的弯曲产生电能。这种装置具有简单可靠，容易维护，振动频率高的优点。本文结合第一压电方程，压电振子的等效电路图以及材料力学的基础知识，建立该装置的数学模型。然后分析了外部作用因素和压电振子的尺寸对发电特性的影响。通过理论分析得出振动的频率越高越好，在充分考虑材料的疲劳寿命的基础上加大压电振子的振幅。在负载阻值不是很大的情况下，并联方... 

【文章来源】：中国海洋大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：58 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 前言
    1.1 选题的背景及意义
    1.2 压电发电的国内外研究现状
    1.3 本文的主要研究内容
2 微型波浪压电发电的可行性分析
    2.1 压电效应与压电发电机理研究
    2.2 压电陶瓷的性能研究
    2.3 选择压电陶瓷的参考因素
    2.4 不同边界条件下压电方程
    2.5 压电发电方式的研究
        2.5.1 压电发电的基本单元压电振子
        2.5.2 压电振子的振动模式分析
        2.5.3 压电振子的激励方式分析
        2.5.4 压电振子中压电片的连接方式研究
    本章小结
3 悬臂梁压电发电单元的理论模型研究
    3.1 长度伸缩模式的压电振子的理论模型
    3.2 双压电晶片悬臂梁压电振子的理论模型
        3.2.1 电极串联双压电晶片悬臂梁压电振子的理论模型
        3.2.2 电极并联双压电晶片悬臂梁压电振子的理论模型
        3.2.3 基于压电效应的海洋浮体压电发电装置的理论模型
    本章小结
4 基于压电效应的海洋浮体压电发电装置的发电特性
    4.1 外接负载阻值对发电特性的影响
        4.1.1 电极串联
        4.1.2 电极并联
    4.2 电极连接方式对发电特性的影响
    4.3 振动频率对发电特性的影响
    4.4 压电振子尺寸对发电特性的影响
        4.4.1 压电振子自由端最大位移为定值
        4.4.2 自由端最大载荷为定值
    4.5 波浪能压电发电装置的发电效率计算
    本章小结
5 试验研究
    5.1 压电发电单元的制作
    5.2 实验装置的设计及实验设备
    5.3 实验结果及分析
    本章小结
结论及展望
    主要结论
    展望
参考文献
致谢
个人简历
硕士期间发表的文章


【参考文献】：
期刊论文
[1]浮岛式波浪能压电发电装置的结构设计与应用[J]. 申超男,杨翠竹,李磊.  造船技术. 2020(01)

博士论文
[1]路面车致变形的压电俘能机理研究[D]. 陈奕声.浙江大学 2016
[2]机械增频式波浪压电发电装置特性的研究[D]. 林政.清华大学 2015



本文编号：3026616