【摘要】：氣動(dòng)技術(shù)因具有輸出推力大、結(jié)構(gòu)簡單、清潔無污染等優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。隨著工業(yè)集成化的戰(zhàn)略需求日益深入,通常需要引入大量傳感器對(duì)其各功能部件進(jìn)行監(jiān)測,以保證氣動(dòng)系統(tǒng)持續(xù)、可靠的協(xié)同工作,這使得傳感器的持續(xù)供能問題成為了亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)。本文基于康達(dá)效應(yīng)放大氣動(dòng)系統(tǒng)排出的小流量壓縮氣體的流量,設(shè)計(jì)射流沖擊式壓電俘能器,實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)系統(tǒng)能量到電能的轉(zhuǎn)換,提高其能量轉(zhuǎn)換效率,具體研究內(nèi)容如下:首先,結(jié)合康達(dá)效應(yīng)的理論模型,分析了康達(dá)效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理及流體流態(tài)對(duì)康達(dá)效應(yīng)的影響規(guī)律。然后,建立了懸臂梁式壓電俘能器能量轉(zhuǎn)化的理論模型,分析了壓電俘能器的俘能機(jī)理,理論研究了懸臂梁壓電振子在沖擊載荷作用下的應(yīng)力及應(yīng)變分布。最后,結(jié)合壓電理論,分析了壓電俘能器的電輸出特性。利用FLUENT仿真分析軟件仿真分析了空氣放大器內(nèi)部以及射流口處的流場分布,確定了空氣放大器的結(jié)構(gòu)與尺寸。利用COMSOL仿真分析軟件仿真分析了沖擊載荷作用下壓電振子表面的應(yīng)力、應(yīng)變分布以及電勢分布,研究了不同尺寸壓電振子在多種均布載荷作用下的電壓輸出規(guī)律。研究結(jié)果表明當(dāng)壓電振子的長度和力載荷增加時(shí),壓電振子的輸出電壓逐漸增大。設(shè)計(jì)并研制了圓形擾流板結(jié)構(gòu)與翼型擾流板結(jié)構(gòu)兩種射流沖擊式壓電俘能器實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。其中,通過在懸臂梁壓電振子的自由端增加了圓形擾流板,增大氣流沖擊載荷作用下懸臂梁壓電振子的形變量,提高壓電振子的能量轉(zhuǎn)化效率。對(duì)于射流沖擊式翼型擾流板壓電俘能器,通過建立翼型擾流板上下表面壓力分布的數(shù)學(xué)模型,理論研究氣流參數(shù)對(duì)翼型擾流板顫振狀態(tài)的影響規(guī)律。搭建了壓電俘能器樣機(jī)實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng),開展了樣機(jī)輸出特性實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨著氣體流量的增大,壓電俘能器輸出開路電壓呈現(xiàn)上升趨勢;而隨著氣體壓力的增大,壓電俘能器輸出開路電壓呈下降趨勢。具體為:圓形擾流板壓電俘能器輸出開路電壓的最大值為25.07 V,輸出最大瞬時(shí)功率可以達(dá)到19.89μW。翼型擾流板壓電俘能器輸出開路電壓的最大值為23.33 V,輸出最大瞬時(shí)功率可以達(dá)到13.06μW。
【圖文】：

圖 1.12 柔性壓電振子結(jié)構(gòu)示意圖da 等人提出了一種柔性結(jié)構(gòu)的壓電俘柔性的壓電薄膜振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的俘張力以及擾流板對(duì)壓電俘能裝置輸出一種收集空氣彈性振動(dòng)能量的壓電俘材料連接而成。俘能器由兩層壓電陶勵(lì)信號(hào)作用下壓電俘能器的運(yùn)動(dòng)方程電俘能器的響應(yīng)特性，豐富了壓電俘在的問題系統(tǒng)的無線傳感器的研究已較為深入布于氣動(dòng)系統(tǒng)各個(gè)角落的無線傳感器統(tǒng)中大量無線傳感器持續(xù)可靠的供能需探索面向氣動(dòng)系統(tǒng)中無線傳感器能

引言壓電振子的材料和結(jié)構(gòu)形式多種多樣，氣動(dòng)系統(tǒng)排出的小流量壓縮氣體經(jīng)由器對(duì)流量進(jìn)行放大后，射流沖擊作用在壓電振子上會(huì)引起壓電振子快速、大機(jī)械變形。因此，我們選用懸臂梁式固定的 PVDF 薄膜制作壓電振子。本章懸臂梁式壓電振子的數(shù)學(xué)模型，分析懸臂梁壓電振子在射流沖擊載荷作用下特性，，仿真分析懸臂梁式壓電振子的電勢分布。 懸臂梁式壓電振子理論分析.1 射流沖擊式懸臂梁壓電振子俘能原理壓電振子的結(jié)構(gòu)包含多種形式以滿足不同場合的需求，PVDF 薄膜是一種柔材料，可以承受較大的機(jī)械應(yīng)變。懸臂梁壓電發(fā)電裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，在低易于產(chǎn)生諧振并可輸出較高的電能等優(yōu)點(diǎn)。本論文結(jié)合射流流體流速快，沖點(diǎn)，選用懸臂梁式 PVDF 壓電薄膜進(jìn)行研究，其結(jié)構(gòu)如圖 3.1 所示。
【學(xué)位授予單位】：長春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH138

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2687883