气流致声压电发电机气流激励进气道数值模拟与实验分析

发布时间：2021-04-19 07:38

　　气流压电发电机是一种利用弹丸在飞行过程中遇到的迎面空气激励压电换能器产生电能的发电机,具有工作寿命、小型化、激活时间短、能量大、能量密度高、电源储存寿命长等特点。论文以“气流压电发电机”研究对象,重点研究了压电发电强制振动结构内流场数值模拟分析以及气流强制致振激励机理。结合“流态转捩点紧靠进气口”的结论,论文在进行数值模拟时忽略了进气道内气流的转捩,直接采用湍流模型。并建立了圆管内气流的瞬态纳维—斯托克斯方程的控制方程和RNGκ—ε湍流模型。进气口几何形状严重影响气流压电发电结构振动特性。因此,设计了一种气流激励进气道压电发电机,对直角、锥角、圆弧三种几何形状内倒角气流激励进气道内流场数值模拟,分析了在恒定气压和不同气压下三种结构的速度流场和压强流场,为空压机模拟吹风实验研究选定进气口结构奠定了基础。通过空压机模拟吹风实验,对样机的共振腔底部压力和压电换能器输出电参量的的测试,对三种维多辛斯基曲线、锥状以及圆弧状不同内孔形线对振源性能的影响进行了实验分析。论文的数值模拟结果和实验结果为引信气流压电发电激励机理提供了一定的参考价值。 

【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 论文选题背景及意义
    1.2 现代引信电源及压电技术在引信中的应用
        1.2.1 现代引信电源在引信中的应用
        1.2.2 压电技术在引信中的应用
    1.3 引信用气流发电机及其激励结构
        1.3.1 射流发电机
        1.3.2 涡轮发电机
    1.4 本文的主要研究内容及整体结构框架
2 圆管内气流的湍流模型及仿真模型
    2.1 用计算流体力学方法求解内流场
    2.2 圆管内粘性不可压缩流体湍流模型
        2.2.1 基于瞬态纳维—斯托克斯方程的控制方程
        2.2.2 粘性不可压缩流体湍流模型
    2.3 有限体积法一阶迎风离散积分控制方程及网格划分
        2.3.1 有限体积法一阶迎风离散积分控制方程
        2.3.2 流场数值计算方法
        2.3.3 圆管粘性不可压缩内流场边界条件及网格划分
    2.4 气流激励进气道内流场仿真模型
        2.4.1 气流激励进气道压电发电强制振动装置
        2.4.2 气流激励进气道仿真模型建立
        2.4.3 气流致振机构内流场数值分析
    2.5 本章小结
3 不同几何形状进气口气流激励进气道内流场数值模拟
    3.1 恒定气压下不同几何形状进气口气流激励进气道内流场模拟
        3.1.1 进气口几何形状对速度流场的影响
        3.1.2 进气口几何形状对压力流场的影响
    3.2 不同气压下不同几何形状进气口气流激励进气道内流场模拟
        3.2.1 进气口几何形状对速度流场的影响
        3.2.2 进气口几何形状对压力流场的影响
    3.3 本章小结
4 直角进气口不同喷嘴气流激励进气道压电发电实验分析
    4.1 空压机模拟吹风实验系统
        4.1.1 空压机模拟吹风实验原理与流程图
        4.1.2 实验仪器及其参数
        4.1.3 实验样机及实验内容
    4.2 实验结果及其分析
        4.2.1 共振腔底部压强和其频率的变化特性
        4.2.2 气流致振激励结构压电换能器的输出特性
    4.3 圆弧收缩喷嘴—共振腔机构频率自调节特性
        4.3.1 共振腔内流场数值模拟
        4.3.2 空压机吹风电压测试实验及其结果
    4.4 本章小结
5 总结与展望
    5.1 本文主要工作及创新点
    5.2 后续工作及展望
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
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[2]压电发电技术发展及其在引信中的应用探索[J]. 陈永超,高敏,俞卫博.  电源技术. 2015(03)
[3]风力发电机的技术现状和发展前景[J]. 黄勇,熊跃.  科技创新导报. 2014(21)
[4]气流谐振压电发电机用焊接环形压电振子[J]. 林瑞娥,彭小丽,朱雅鹏,雷军命.  探测与控制学报. 2014(01)
[5]引信及其技术的发展[J]. 陈祺,谢春雨.  科技资讯. 2013(14)
[6]基于压电效应的时均流能量收集研究进展[J]. 陈海俊,徐雅,孙大明,邹江,赵旭.  低温工程. 2013(01)
[7]气流谐振发电机的计算流体动力学仿真方法[J]. 王海龙,庄雷,马旭辉,刘奇,柯伟.  探测与控制学报. 2012(03)
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博士论文
[1]小型振动压电发电机气流致声激振技术研究[D]. 邹华杰.南京理工大学 2015
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硕士论文
[1]小型振动压电发电机气流致振激励技术及其实验研究[D]. 朱晓光.南京理工大学 2015
[2]超高速涡轮发电机用15kW变换器研究[D]. 李冬.哈尔滨工业大学 2014
[3]小口径弹载引信压电电源研究[D]. 史维龙.郑州大学 2014
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[5]内燃机进排气过程数值模拟[D]. 张国庆.中北大学 2013
[6]引信气流振动压电发电机功率校正增能技术[D]. 温都苏.南京理工大学 2012
[7]引信气流压电发电机气流控制进气道内湍流数值模拟研究[D]. 吕娜.南京理工大学 2012
[8]引信新型弹载压电发电机气流控制进气口内流场数值模拟[D]. 何鹏.南京理工大学 2012
[9]耐高过载、耐高弹速涡轮发电机研究[D]. 雷军命.西安电子科技大学 2010
[10]禹门口黄河斜拉桥风环境数值模拟研究[D]. 张永胜.长安大学 2007



本文编号：3147129