水下宽频流致振动能量收集装置的设计与研究

发布时间：2021-06-08 09:34

　　目前,世界工业已经进入到了飞速发展的阶段,但随之而来的污染问题也引起了广泛的关注,其中又以水污染尤为严重。对水质的监测是水污染治理中尤为重要的一环,但水质监测所使用的无线传感器多位于人迹罕至的区域,更换电池较为不便。在前期研究中设计的单自由度水下振动能量采集系统为上述应用场合的无线传感器的供功能提供了一种有效手段,但也存在固有频率高、收集效率低等问题。因此,本课题拟采用两自由度压电振子作为能量收集结构,可有效降低能量采集器的固有频率,拓宽其工作频带范围。本课题拟设计一种包含两自由度压电振子的基于卡门涡街的水下宽频流致振动能量收集装置,并对其能量采集性能进行了理论和实验研究。首先,基于Euler-Bernoulli梁理论、机械振动、压电理论、流固耦合理论,建立两自由度压电振子的理论模型,以及振动能量采集器的流固电三场耦合模型。然后,利用商用有限元分析软件COMSOL Multiphysics对流致振动能量收集装置内部的流体力学特性进行数值仿真研究,分析涡街的脱落频率与阻流体直径和流速的关系;设计了三种不同结构的压电振子,并对其分别进行模态分析和频域分析,分析上述压电振子的固有频率及频率响... 

【文章来源】：安徽工程大学安徽省

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

三种环境能量采集方式

因此本课题拟利用卡门涡街原理，使水流在经过阻流体时在阻流体产生左右交替且对称的涡街可以使压电振子产生较大的形变，同时也可以提能量转换效率。同时，使用压电式环境能量采集的方式来为无线传感器供能有清洁、可持续利用、可再生、能量密度大等优点。3 国内外研究现状.1 压电能量采集技术的研究现状如图 1-2 所示，压电能量采集系统多采用单晶片、并联双晶片或串联双晶悬臂梁式结构。根据 Liao 与 Ng[32]的研究结果可知，单晶片式压电悬臂梁具种悬臂梁中最低的固有频率，但是负载能力也较低。串联双晶片式压电悬臂很高的负载能力，但同时也有着较高的固有频率。而并联式有着适中的负载与固有频率。

实验装置示意图(a)压电材料(b)能量采集手套[33]

【参考文献】：
期刊论文
[1]多质量块宽频压电能量收集器[J]. 王海,邱皖群,周璇,付邦晨.  压电与声光. 2015(06)
[2]非线性压电振动能量采集器的振动特性与实验研究[J]. 王光庆,张伟,刘创,杨斌强,廖维新.  传感技术学报. 2015(10)
[3]压电材料的研究和应用现状[J]. 裴先茹,高海荣.  安徽化工. 2010(03)

硕士论文
[1]水下流致振动能量收集装置的设计和研究[D]. 邱皖群.安徽工程大学 2016
[2]无线传感器网络节点光伏能量采集技术研究[D]. 王正斌.青海大学 2016
[3]柔性压电振子水下俘能特性研究[D]. 刘博.哈尔滨工业大学 2014
[4]鱼体利用流场能量的推进行为及游动轨迹规划研究[D]. 顾斌.哈尔滨工业大学 2010



本文编号：3218162