基于边棱音的微型风能采集器的设计与研究

发布时间：2020-07-24 11:51

【摘要】：随着微电子、MEMS(微机电系统)和通信等技术的快速发展,传统的化学电池体积大、污染、需要更换的缺点显现。风能采集器从环境中获得的风能是一种广泛存在于自然界的可再生能源,风能采集器拥有无污染、无复杂零件、重量轻等优点对研究微电子、MEMS(微机电系统)技术有着重要的意义。本文从数值模拟和实验研究两个方面初步探究了边棱音-弹性体的振动机理,以及利用此结构的PVDF压电片进行压电发电的实验,其主要工作以及计算得出的结论如下:首先,在多物理场耦合ANSYS Workbench平台上,利用Fluent和Transient Structural模块并结合System Coupling模块,以气体射流为激励源,在不同的速度下对不同厚度的簧片进行双向流固耦合数值模拟研究。得出结论如下:涡是导致簧片发生周期振动的主要因素之一;风速和簧片的厚度是簧片的振幅影响因素;簧片的振动频率主要取决于簧片本身厚度;簧片的厚度小于0.3mm时,簧片振动的同时会发生"抖动"现象。其次是通过设计和加工试验台,对第二章中的数值仿真结果进行对比得出:在实验中簧片的厚度小于0.3mm时,簧片振动的同时会发生"抖动"现象。通过实验也验证了第二章中的簧片振动特性的相关结论。最后本文利用这种边棱音-弹性体结构,以压电片PVDF为弹性体进行对采集的风能转换成电能的实验,实验选用MEAS公司生产的LDT1-28K压电片。实验结果表明:此种压电片在12.5m/s～20m/s时能够产生谐振,且能输出稳定的电压信号。这可以较好的识别范围在12.5m/s～20m/s风速,经过阻抗匹配,当负载为2.41MQ风速为17m/s时,输出功率接近40μm,可见本文提出的边棱音微型风能采集器有可能为一些微功率器件提供电能。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TK89

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