驰振型压电能量采集器的拓扑等效气动力设计及性能分析
发布时间：2021-08-01 03:14
在化石能源利用和环境问题的冲突之下,风能因其蕴含量大、分布广、可再生、无污染等自身优势而被视为一种普遍性的清洁能源,而且世界各国对此类问题的不断深入使得该类技术不断发展;压电能量采集器作为一种新型自供能设备可以容易的将环境中的可再生清洁能源（风能、水能等）转化为电能,而且这种装置凭借寿命长、体积小、不受地域限制、功率密度高的特点,在新能源开发中体现出显著的优势。本文主要对驰振型悬臂梁式压电风能采集器的换能部件进行了气动力性能设计,并采用风洞实验、数值模拟等对其进行对比研究;主要内容包括:（1）针对正方形能量采集器输出功率弱的问题,进行了质量块结构从正方形到三角形再到漏斗形的拓扑等效气动力结构设计。正方形后表面引起的再附着现象致使侧向力出现脉动,甚至削弱振幅,通过合并后侧端点且适当增加尺寸比用来协调涡的脱落和降低压差阻力;在三角形的基础上,使近迎风面的两侧对称点向内凹形成漏斗形以实现侧向力和升力的同向且增强结构非流线性。（2）基于驰振型悬臂梁式压电能量采集器,首先通过Hamilton原理和Gauss定律分别建立系统机械控制方程和电控制方程,并对质量块振动过程中的驰振气动力进行了计算;引入...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
渡桥电厂和塔科马大桥风毁事故Fig.1-1Wind-destroyedaccidentsofFerrybridgepowerplantandTacomabridge
西安理工大学工程硕士专业学位论文6同时前后脱落涡间距增大，尾流迹象表现为2P、P+S、2C模式，从上述总结可以看出不同截面柱体流致振动的尾流迹象差异较大，尾流形式不仅仅和振动形式有关，和结构自身也有极大的关系。1.3流致振动研究在压电能量采集器上的应用早在二十世纪末，一些学者便将流致振动的概念引入流体发电当中，同时作为新兴发电材料的压电材料也被应用到该领域内；随后各种各样的压电能量采集器被相继提出，其中最经典的模型应当属鳗鱼式[72]、树式[73]和悬臂梁式[74]。由于最后者具有简单的结构、较宽的获取频率以及高灵敏性而被广泛研究。图1-2带圆柱钝体的涡激振动能量采集器[73]示意图Fig.1-2TheschematicdiagramofVIVenergyharvester[73]withcylindricalbluffbody最初人们在压电能量采集器上流致振动的应用以涡激振动为主，比如，2010年佐治亚理工学院[73]研发出一种涡激振动能量采集器，其原理如图1.2所示，截面为圆形的钝体在风致振动的作用下产生机械能，连接钝体的杆可以对压电球产生形变作用从而产生电能，通过实验测试发现在1到3m/s的风速下，该能量采集器可以产生20μW的电能，文中还进行了结构阵列发电研究；Dai等[75,76]对基于涡激振动的单悬臂梁压电能量采集器进行了模型建立及其非线性分析，通过研究表明绕流钝体的质量、压电片长度和外在电阻阻值对系统功率的输出具有较大影响；Abdelkefi等[77,78]对以涡激振动为基础的压电能量采图1-3Akaydin等[79]得到的圆柱涡激振动流场Fig.1-3Flowfieldofcylinder’svortexinducedvibrationinAkaydin’s[79]study集器进行了大量的理论以及实验研究，他们主要提出一种基于欧拉-伯努利梁理论的非线
西安理工大学工程硕士专业学位论文6同时前后脱落涡间距增大，尾流迹象表现为2P、P+S、2C模式，从上述总结可以看出不同截面柱体流致振动的尾流迹象差异较大，尾流形式不仅仅和振动形式有关，和结构自身也有极大的关系。1.3流致振动研究在压电能量采集器上的应用早在二十世纪末，一些学者便将流致振动的概念引入流体发电当中，同时作为新兴发电材料的压电材料也被应用到该领域内；随后各种各样的压电能量采集器被相继提出，其中最经典的模型应当属鳗鱼式[72]、树式[73]和悬臂梁式[74]。由于最后者具有简单的结构、较宽的获取频率以及高灵敏性而被广泛研究。图1-2带圆柱钝体的涡激振动能量采集器[73]示意图Fig.1-2TheschematicdiagramofVIVenergyharvester[73]withcylindricalbluffbody最初人们在压电能量采集器上流致振动的应用以涡激振动为主，比如，2010年佐治亚理工学院[73]研发出一种涡激振动能量采集器，其原理如图1.2所示，截面为圆形的钝体在风致振动的作用下产生机械能，连接钝体的杆可以对压电球产生形变作用从而产生电能，通过实验测试发现在1到3m/s的风速下，该能量采集器可以产生20μW的电能，文中还进行了结构阵列发电研究；Dai等[75,76]对基于涡激振动的单悬臂梁压电能量采集器进行了模型建立及其非线性分析，通过研究表明绕流钝体的质量、压电片长度和外在电阻阻值对系统功率的输出具有较大影响；Abdelkefi等[77,78]对以涡激振动为基础的压电能量采图1-3Akaydin等[79]得到的圆柱涡激振动流场Fig.1-3Flowfieldofcylinder’svortexinducedvibrationinAkaydin’s[79]study集器进行了大量的理论以及实验研究，他们主要提出一种基于欧拉-伯努利梁理论的非线
本文编号：3314727
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
渡桥电厂和塔科马大桥风毁事故Fig.1-1Wind-destroyedaccidentsofFerrybridgepowerplantandTacomabridge
西安理工大学工程硕士专业学位论文6同时前后脱落涡间距增大，尾流迹象表现为2P、P+S、2C模式，从上述总结可以看出不同截面柱体流致振动的尾流迹象差异较大，尾流形式不仅仅和振动形式有关，和结构自身也有极大的关系。1.3流致振动研究在压电能量采集器上的应用早在二十世纪末，一些学者便将流致振动的概念引入流体发电当中，同时作为新兴发电材料的压电材料也被应用到该领域内；随后各种各样的压电能量采集器被相继提出，其中最经典的模型应当属鳗鱼式[72]、树式[73]和悬臂梁式[74]。由于最后者具有简单的结构、较宽的获取频率以及高灵敏性而被广泛研究。图1-2带圆柱钝体的涡激振动能量采集器[73]示意图Fig.1-2TheschematicdiagramofVIVenergyharvester[73]withcylindricalbluffbody最初人们在压电能量采集器上流致振动的应用以涡激振动为主，比如，2010年佐治亚理工学院[73]研发出一种涡激振动能量采集器，其原理如图1.2所示，截面为圆形的钝体在风致振动的作用下产生机械能，连接钝体的杆可以对压电球产生形变作用从而产生电能，通过实验测试发现在1到3m/s的风速下，该能量采集器可以产生20μW的电能，文中还进行了结构阵列发电研究；Dai等[75,76]对基于涡激振动的单悬臂梁压电能量采集器进行了模型建立及其非线性分析，通过研究表明绕流钝体的质量、压电片长度和外在电阻阻值对系统功率的输出具有较大影响；Abdelkefi等[77,78]对以涡激振动为基础的压电能量采图1-3Akaydin等[79]得到的圆柱涡激振动流场Fig.1-3Flowfieldofcylinder’svortexinducedvibrationinAkaydin’s[79]study集器进行了大量的理论以及实验研究，他们主要提出一种基于欧拉-伯努利梁理论的非线
西安理工大学工程硕士专业学位论文6同时前后脱落涡间距增大，尾流迹象表现为2P、P+S、2C模式，从上述总结可以看出不同截面柱体流致振动的尾流迹象差异较大，尾流形式不仅仅和振动形式有关，和结构自身也有极大的关系。1.3流致振动研究在压电能量采集器上的应用早在二十世纪末，一些学者便将流致振动的概念引入流体发电当中，同时作为新兴发电材料的压电材料也被应用到该领域内；随后各种各样的压电能量采集器被相继提出，其中最经典的模型应当属鳗鱼式[72]、树式[73]和悬臂梁式[74]。由于最后者具有简单的结构、较宽的获取频率以及高灵敏性而被广泛研究。图1-2带圆柱钝体的涡激振动能量采集器[73]示意图Fig.1-2TheschematicdiagramofVIVenergyharvester[73]withcylindricalbluffbody最初人们在压电能量采集器上流致振动的应用以涡激振动为主，比如，2010年佐治亚理工学院[73]研发出一种涡激振动能量采集器，其原理如图1.2所示，截面为圆形的钝体在风致振动的作用下产生机械能，连接钝体的杆可以对压电球产生形变作用从而产生电能，通过实验测试发现在1到3m/s的风速下，该能量采集器可以产生20μW的电能，文中还进行了结构阵列发电研究；Dai等[75,76]对基于涡激振动的单悬臂梁压电能量采集器进行了模型建立及其非线性分析，通过研究表明绕流钝体的质量、压电片长度和外在电阻阻值对系统功率的输出具有较大影响；Abdelkefi等[77,78]对以涡激振动为基础的压电能量采图1-3Akaydin等[79]得到的圆柱涡激振动流场Fig.1-3Flowfieldofcylinder’svortexinducedvibrationinAkaydin’s[79]study集器进行了大量的理论以及实验研究，他们主要提出一种基于欧拉-伯努利梁理论的非线
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