振荡水柱驱动介电弹性体发电研究

发布时间：2021-11-14 20:10

　　基于介电弹性体（dielectric elastomer,DE）材料振荡水柱式波浪能发电装置由波浪能采集和发电部分组成,利用介电弹性体发电机代替传统空气透平发电机,可简化装置并提高寿命。首先利用势流理论的流体速度势求解水下各点压强,然后建立振荡水柱与气室内压强的动态模型计算装置气室内压强,该压强作用在介电弹性体薄膜上驱动其形变。为验证理论计算正确性,对气室顶部结构有限元分析,仿真结果与计算结果相吻合。基于此理论分析模型确定介电弹性体薄膜形变最大时的参数取值,分析系统输出能量特性。 

【文章来源】：太阳能学报. 2020,41(10)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

振荡水柱波浪能发电流体动力学模型

仿真分析中，对介电弹性体薄膜进行预拉伸处理，薄膜拉伸前半径为3 m，厚度为0.01 m，根据式（9）计算出的拉伸比得出拉伸后薄膜半径，对薄膜边缘设置位移量为此薄膜拉伸后半径。介电弹性体材料具有拉伸时大变形及网格扭曲等特性，需用杂交（Hybrid）单元来模拟弹性体材料等超弹性材料的材料属性。本文对介电弹性体材料划分网格时采用网格细化的实体六面体杂交单元（C3D8H）进行网格划分。装置顶部介电弹性体薄膜形变如图2所示。将理论计算的气室内压强作为输入载荷模拟分析介电弹性体薄膜随气室压强的变化关系，结果如图3所示。在相同参数下理论计算与仿真分析存在的误差是由于定义材料属性时需忽略薄膜表面电极材料，曲线基本吻合，说明理论模型能有效分析介电弹性体形变，满足介电弹性体机电耦合输出能量转换计算要求。

将理论计算的气室内压强作为输入载荷模拟分析介电弹性体薄膜随气室压强的变化关系，结果如图3所示。在相同参数下理论计算与仿真分析存在的误差是由于定义材料属性时需忽略薄膜表面电极材料，曲线基本吻合，说明理论模型能有效分析介电弹性体形变，满足介电弹性体机电耦合输出能量转换计算要求。计算得出振荡水柱驱动介电弹性体薄膜形变与波浪周期和波幅的关系如图4所示。

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
[1]介电型EAP发电特性研究[D]. 袁同燕.南京航空航天大学 2012



本文编号：3495281