基于柔性海草型摩擦纳米发电机的波浪能收集技术研究
发布时间：2021-06-19 12:37
随着人类对海洋战略地位、海洋资源开发、海洋科学研究价值认识的深化,世界各国对海洋的关注已经提高到前所未有的战略高度,智慧海洋是未来发展的主要趋势。尽管可以通过卫星、舰船和潜艇等手段来完成海洋资源勘测、海洋环境监测和海域安全保障等重要任务,但是这些手段都无法长时间、近距离、无缝隙和实时地完成这些任务。而物联网时代的到来解决了这一技术难题,海洋无线传感器网络为完成这些重要任务提供了可能的解决方案。水下无线传感器网络主要以声波为无线传输的物理载体,通过散布在广阔波浪域的各类静态、动态传感器节点收集信息,集数据获取、传输、处理和融合等功能为一体,是分布式智能化网络系统。然而,更替分布广泛的海洋传感器使用的电池,无疑成为巨大的工作量。因此,波浪能采集技术成为解决这一问题的优选方法。摩擦纳米发电机是利用摩擦起电和静电感应耦合作用将环境中的机械能转换为储存的电能的新型能量收集技术。可以为微型电子器件供电,并在化学、医学、生物研究等领域得到了广泛的应用。由于其具有可收集低频能量并且具有高输出特性,易于制备以及造价低等特点,摩擦纳米发电机已经被应用于收集波浪能。本文基于垂直接触分离式摩擦纳米发电机原理提...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２振荡水柱式发电装置??Ｆｉｇ．?１．２?Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ?ｗａｔｅｒ?ｃｏｌｕｍｎ?ｔｙｐｅ?ｐｏｗｅｒ?ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ?ｄｅｖｉｃｅ??
?大连海事大学专业学位硕士学位论文???振荡水柱式装置最大的优点是发电机部分与外界不直接连接，避免与海波浪的接触，??故障率低，同时可以制作体积较大的发电装置，从而获得较大的能量输出；然而，振荡??水柱缺点也很明显，除了其造价非常昂贵，同时转换效率也比较低［２２］。??（２?）振荡浮子式波浪能转换装置??振荡浮子技术是利用波浪能推动装置内部的部分组件往复运动，驱动机械系统或者??装有中间介质的液压系统从而驱动电磁发电机产生电能，如图１．３所示。与其他波浪能??装置相比，振荡浮子式主要有以下几个优势：首先，因为其与波浪直接接触，能量转换??次数少，中间的能量损失减小，所以转换效率有大幅度的提高；其次，振荡浮子式装置??体积相对较小，对环境的影响可忽略不计；而且，振荡浮子式装置形式灵活，可以结合??水位条件进行点阵化设计排布，总功率与浮子个数相关，结构形式多样，同时受波浪影??响校振荡浮子式的缺点同样是造价比较高，且安装程序较为复杂［２３］？??Ｗ?ｔｔｌ＾?＾?Ｉ?；?＞?ｖ?■?？?ｍ??图１．３振荡浮子式发电装置??Ｆｉｇ．?１．３?Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ?ｆｌｏａｔ?ｔｙｐｅ?ｐｏｗｅｒ?ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ?ｄｅｖｉｃｅ??（３?）越浪式波浪能转换装罝??越浪技术是利用渠道将海水引流至髙位水库形成高度差（水头），利用高水位下落产??生的动能驱动叶轮发电机组发电。越浪式装置相对其他形式的装置明显的优势是可以提??供稳定的水位差，将不稳定无规律的波浪能转变成稳定且平稳输出的能量，进而转换成??的电能也可以稳定输出。越浪技术的优点就是如上所述可以提供稳定的电能输出，而缺??点也很明显，越浪式波浪能发电装置对水
?Ｖｅｒｔｉｃａｌ?ｃｏｎｔａｃｔ－ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ?Ｉ?ｆ?Ｃｏｎｔａｃｔ－ｓｌｉｄｉｎｇ?ｍｏｄｅ?＼??Ｉ?ｍ〇ｄｅ?Ｉ?Ｉ?！??ｉ???■?ＨＲＨＨ??（ｃ），??（ｄ）??￣Ｓｉｎｇｌｅ－ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?ｍｏｄｅ￣￣?；?｜?Ｆｒｅｅｓｔａｎｄｉｎｇ?ｔｒｉｂｏｅｌｅｃｔｒｉｃ－ｌａｙｅｒ?｜??■?????？?１?ｍｏｄｅ?１??２｜?ｉ?＾?Ｉ１＾！：??ｓ??＾?＾?、?Ｌ－＾ｃ＝Ｊｒ：ｒ：｜＿?＿?？??图１．４摩擦纳米发电机的四种工作模式??Ｆｉｇ．?１．４?Ｆｏｕｒ?ｗｏｒｋｉｎｇ?ｍｏｄｅｓ?ｏｆ?ｔｒｉｂｏｅｌｅｃｔｔｉｃ?ｎａｎｏｇｅｎｅｒａｔｏｒ??（ａ）垂直接触－分离模式摩擦纳米发电机发电机??摩擦纳米发电机的应用最早同样也是最多的就是垂直接触－分离模式。垂直接触－分??离式ＴＥＮＧ由两个不同的电介质薄膜和附在薄膜外的电极组成，如图１．４（ａ）所示。两种??不同材料接触摩擦产生感应电荷，由于外力作用导致材料周期接触摩擦从而产生交流电。??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]以智慧化手段建设环保型海洋牧场——访江苏巴威工程技术股份有限公司总工程师 何文秀[J]. 戈晶晶,丁日忠. 中国信息界. 2019(05)
[2]波浪能发电技术应用发展现状及方向[J]. 张亚群,盛松伟,游亚戈,王坤林,王振鹏. 新能源进展. 2019(04)
[3]直驱波浪能发电系统综述[J]. 洪岳,潘剑飞,刘云,王璨,李灿,付鹏飞. 中国电机工程学报. 2019(07)
[4]振荡水柱气室结构优化设计对比[J]. 杜小振,王国全,赵岩,柳叙强. 船海工程. 2018(05)
[5]基于比较性研究的海洋信息化中“智慧海洋”的构建[J]. 陈朋伟,栗俊杰,刘邦凡. 中国集体经济. 2018(30)
[6]浮力摆式波浪能发电装置时域研究[J]. 李松剑,潘卫明,刘靖飙,李威,蔡勇,杨欣. 太阳能学报. 2017(02)
[7]波浪能发电技术的研究现状与发展前景[J]. 刘延俊,贾瑞,张健. 海洋技术学报. 2016(05)
[8]振荡水柱式波浪发电实验装置设计与开发[J]. 包兴先,吴州淼. 实验室研究与探索. 2016(09)
[9]波浪能发电装置的发展与展望[J]. 姚琦,王世明,胡海鹏. 海洋开发与管理. 2016(01)
[10]波浪能发电装置综述[J]. 王世明,杨倩雯. 科技视界. 2015(28)
博士论文
[1]变体全柔性翼扑动推进水下航行器设计与研究[D]. 刘龙.南京航空航天大学 2017
硕士论文
[1]剪切流中柔性板摆动的数值研究[D]. 方振.华中科技大学 2019
[2]智慧渔业背景下智慧型海洋牧场发展研究[D]. 朱文东.浙江海洋大学 2019
[3]海洋牧场智能监测与对象识别的研究[D]. 王德宇.大连理工大学 2018
[4]蓝鲨三维建模及其流固耦合受力特性研究[D]. 刘习武.上海海洋大学 2017
[5]振荡浮子式波浪能发电技术研究[D]. 郑明月.华南理工大学 2017
本文编号：3237826
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２振荡水柱式发电装置??Ｆｉｇ．?１．２?Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ?ｗａｔｅｒ?ｃｏｌｕｍｎ?ｔｙｐｅ?ｐｏｗｅｒ?ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ?ｄｅｖｉｃｅ??
?大连海事大学专业学位硕士学位论文???振荡水柱式装置最大的优点是发电机部分与外界不直接连接，避免与海波浪的接触，??故障率低，同时可以制作体积较大的发电装置，从而获得较大的能量输出；然而，振荡??水柱缺点也很明显，除了其造价非常昂贵，同时转换效率也比较低［２２］。??（２?）振荡浮子式波浪能转换装置??振荡浮子技术是利用波浪能推动装置内部的部分组件往复运动，驱动机械系统或者??装有中间介质的液压系统从而驱动电磁发电机产生电能，如图１．３所示。与其他波浪能??装置相比，振荡浮子式主要有以下几个优势：首先，因为其与波浪直接接触，能量转换??次数少，中间的能量损失减小，所以转换效率有大幅度的提高；其次，振荡浮子式装置??体积相对较小，对环境的影响可忽略不计；而且，振荡浮子式装置形式灵活，可以结合??水位条件进行点阵化设计排布，总功率与浮子个数相关，结构形式多样，同时受波浪影??响校振荡浮子式的缺点同样是造价比较高，且安装程序较为复杂［２３］？??Ｗ?ｔｔｌ＾?＾?Ｉ?；?＞?ｖ?■?？?ｍ??图１．３振荡浮子式发电装置??Ｆｉｇ．?１．３?Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ?ｆｌｏａｔ?ｔｙｐｅ?ｐｏｗｅｒ?ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ?ｄｅｖｉｃｅ??（３?）越浪式波浪能转换装罝??越浪技术是利用渠道将海水引流至髙位水库形成高度差（水头），利用高水位下落产??生的动能驱动叶轮发电机组发电。越浪式装置相对其他形式的装置明显的优势是可以提??供稳定的水位差，将不稳定无规律的波浪能转变成稳定且平稳输出的能量，进而转换成??的电能也可以稳定输出。越浪技术的优点就是如上所述可以提供稳定的电能输出，而缺??点也很明显，越浪式波浪能发电装置对水
?Ｖｅｒｔｉｃａｌ?ｃｏｎｔａｃｔ－ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ?Ｉ?ｆ?Ｃｏｎｔａｃｔ－ｓｌｉｄｉｎｇ?ｍｏｄｅ?＼??Ｉ?ｍ〇ｄｅ?Ｉ?Ｉ?！??ｉ???■?ＨＲＨＨ??（ｃ），??（ｄ）??￣Ｓｉｎｇｌｅ－ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?ｍｏｄｅ￣￣?；?｜?Ｆｒｅｅｓｔａｎｄｉｎｇ?ｔｒｉｂｏｅｌｅｃｔｒｉｃ－ｌａｙｅｒ?｜??■?????？?１?ｍｏｄｅ?１??２｜?ｉ?＾?Ｉ１＾！：??ｓ??＾?＾?、?Ｌ－＾ｃ＝Ｊｒ：ｒ：｜＿?＿?？??图１．４摩擦纳米发电机的四种工作模式??Ｆｉｇ．?１．４?Ｆｏｕｒ?ｗｏｒｋｉｎｇ?ｍｏｄｅｓ?ｏｆ?ｔｒｉｂｏｅｌｅｃｔｔｉｃ?ｎａｎｏｇｅｎｅｒａｔｏｒ??（ａ）垂直接触－分离模式摩擦纳米发电机发电机??摩擦纳米发电机的应用最早同样也是最多的就是垂直接触－分离模式。垂直接触－分??离式ＴＥＮＧ由两个不同的电介质薄膜和附在薄膜外的电极组成，如图１．４（ａ）所示。两种??不同材料接触摩擦产生感应电荷，由于外力作用导致材料周期接触摩擦从而产生交流电。??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]以智慧化手段建设环保型海洋牧场——访江苏巴威工程技术股份有限公司总工程师 何文秀[J]. 戈晶晶,丁日忠. 中国信息界. 2019(05)
[2]波浪能发电技术应用发展现状及方向[J]. 张亚群,盛松伟,游亚戈,王坤林,王振鹏. 新能源进展. 2019(04)
[3]直驱波浪能发电系统综述[J]. 洪岳,潘剑飞,刘云,王璨,李灿,付鹏飞. 中国电机工程学报. 2019(07)
[4]振荡水柱气室结构优化设计对比[J]. 杜小振,王国全,赵岩,柳叙强. 船海工程. 2018(05)
[5]基于比较性研究的海洋信息化中“智慧海洋”的构建[J]. 陈朋伟,栗俊杰,刘邦凡. 中国集体经济. 2018(30)
[6]浮力摆式波浪能发电装置时域研究[J]. 李松剑,潘卫明,刘靖飙,李威,蔡勇,杨欣. 太阳能学报. 2017(02)
[7]波浪能发电技术的研究现状与发展前景[J]. 刘延俊,贾瑞,张健. 海洋技术学报. 2016(05)
[8]振荡水柱式波浪发电实验装置设计与开发[J]. 包兴先,吴州淼. 实验室研究与探索. 2016(09)
[9]波浪能发电装置的发展与展望[J]. 姚琦,王世明,胡海鹏. 海洋开发与管理. 2016(01)
[10]波浪能发电装置综述[J]. 王世明,杨倩雯. 科技视界. 2015(28)
博士论文
[1]变体全柔性翼扑动推进水下航行器设计与研究[D]. 刘龙.南京航空航天大学 2017
硕士论文
[1]剪切流中柔性板摆动的数值研究[D]. 方振.华中科技大学 2019
[2]智慧渔业背景下智慧型海洋牧场发展研究[D]. 朱文东.浙江海洋大学 2019
[3]海洋牧场智能监测与对象识别的研究[D]. 王德宇.大连理工大学 2018
[4]蓝鲨三维建模及其流固耦合受力特性研究[D]. 刘习武.上海海洋大学 2017
[5]振荡浮子式波浪能发电技术研究[D]. 郑明月.华南理工大学 2017
本文编号：3237826
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