基于卡门涡街的双稳态压电屈曲梁俘能特性研究

发布时间：2021-07-06 05:24

　　管道流体发电过程中实现无线监测节点的供能特性成为一种创新型方式。流场中,基于卡门涡街形成激励频率并驱动压电发电的微小电源的能量的能量转换和电量的高频快输出有着重要意义。为了使机械能更快速有效的转化为电能,利用卡门涡街监测管道的流速、压力等阻断水分渗流的问题。因此在支道敷设中,利用卡门涡街形成双稳态压电屈曲梁俘能特性成为了当下研究的重点方向。本论文设计了一种基于卡门涡街效应的屈曲梁柔性发电效应的装置,以屈曲梁的双稳态压电式发电装置为研究对象,利用仿真和流体分析的方法,主要研究工作如下:对卡门涡街效应的屈曲梁水下宽频流致振动柔性发电效应的装置建立力学模型。首先通过数值仿真的方式,并推导出屈曲梁非线性恢复力与长度、宽度、厚度等结构参数的关系,并分析不同结构参数对阱深的影响因素,并得到系统的控制方程。对模型进行有量纲化,研究分析在正弦激励激励下不同结构参数范围中,卡门涡街效应的屈曲梁水下宽频柔性发电效应发生大幅运动的平均功率的影响规律。利用数值仿真的方式研究了阻流体在水下的双稳态压电屈曲梁发电系统平均输出功率的影响规律。首先分析了阻流体的激励参数改变对系统越过势垒的影响规律。接着研究改变电容C... 

【文章来源】：西安理工大学陕西省

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

新能Fig.1-1Newen

可再生能源。可再生能源在实际中，有着更为强劲的增长和发展效率的提升。能源替代性发展成为了当下的有效切实的选择，可再生的新能源发展逐渐过渡到水电发展。在水电方面，一般是利用江、海及河流中水流对的位能有效转化为电能，例如水利发电厂是将水流的高度差产生电能，进而实现新能源发电[9-10]。输水管道自动化程度越来越高，例如具有远程数据传输的传感器，以监测水管道的水力性能和水质状况[11]。但管道中用于水流检测的无限传感器主要安装于人迹罕见并较为偏远的水域，致使有效的电力资源成为监控系统的巨大挑战。图1-1新能源水利发电Fig.1-1Newenergyhydropower

西安理工大学工程硕士专业学位论文4图1-2涡街脱落雷诺数范围Fig.1-2VortexsheddingconditionswithRe利用环境中现有的能量来进行收集，不仅对环境保护产生有利影响，而且节约现有资源，产生能量密度大，使得能源有效循环利用。1.3流体动能俘获的研究现状自然界中水的占地面积最广，水的能量密度比风能及太阳能高。现有的水力发电多采用水轮机来实现，但是其结构具有制造成本高、破坏生态环境的缺点。因此，在水下使用如PVDF或PVF等压电材料来进行能量收集，产生发展高效、可靠低耗、环境友好的水下俘获能量结构成为当下热点。Taylor等[17]以“游动的鳗鱼”为原型设计了一种新型水下能量装置。结构如图1-3所示，当水流经过产生涡街表面形成压力差，当压电振子的固有频率与涡脱频率一致时得到最大输出电压2V。图1-3“鳗鱼型”压电结构Fig.1-3"Eel-type"piezoelectricstructure

【参考文献】：
期刊论文
[1]海流对涡激振动的影响[J]. 彭斌.  中国水运(下半月). 2019(12)
[2]基于卡门涡街效应的压电悬臂梁的发电仿真分析[J]. 李海宁,王海峰,郭修宇,孙凯利,崔宜梁.  青岛大学学报(工程技术版). 2019(03)
[3]新能源电力系统中需求侧响应关键问题及未来研究展望[J]. 曾博,杨雍琦,段金辉,曾鸣,欧阳邵杰,李晨.  电力系统自动化. 2015(17)

硕士论文
[1]波流联合作用下输流海洋立管流固耦合振动特性研究[D]. 丁云.昆明理工大学 2018



本文编号：3267619