發(fā)布時間：2021-09-03 23:33

　　針對當前風能采集器低風速下輸出效率較低的問題,文中提出了一種采用半環(huán)形鈍體結構的新型壓電式風能采集器,其由矩形壓電懸臂梁與安裝在懸臂梁自由端上的半環(huán)形截面鈍體組成。與傳統的圓形、長方形截面鈍體相比,半環(huán)形截面鈍體由于特殊的凹面結構而具有更強的風流阻礙作用,導致半環(huán)形鈍體附近流場更紊亂,壓力場梯度更大,從而鈍體及壓電懸臂梁發(fā)生的馳振更強烈,輸出電壓更高。利用有限元法分別仿真分析了半環(huán)形、圓形、矩形截面鈍體周圍流場的風速及壓力分布。分析結果表明,半環(huán)形截面鈍體附近具有更強的紊亂流場及更大的壓力梯度。為驗證文中提出方案的先進性,實驗分別測試了在0～6.5m/s風速下采用半環(huán)形、圓形、矩形鈍體的壓電式風能采集器的輸出特性。實驗結果表明,文中提出的采用半環(huán)形鈍體的壓電式風能采集器具有更高的輸出電壓及功率。當風速較低為2m/s時,其最優(yōu)輸出功率分別是采用圓形、矩形鈍體的壓電式風能采集器的6.4倍和4.8倍;當風速為6.5m/s時,采集器在最優(yōu)負載140kΩ下,最大輸出功率為0.482mW。不僅如此,本文還詳細分析四種接口電路的基本原理,利用Multisim仿真軟件建立了四種接口電路的仿真模型,對比... 

【文章來源】：南昌大學江西省 211工程院校

【文章頁數】：79 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２壓電式轉動風能采集器??

?第１章緒論???風能轉換為電能。風致振動式能量采集器結構簡單，制造成本低且能量采集效??率高，是風能采集器發(fā)展的主流趨勢ｔ４３－４＾。２００７年，Ｙ．Ｋ．Ｔａｎ等設計了一種采用??單壓電梁的風能采集器如圖１．３所示，但此種風能采集器自身剛度較高，導致臨??界風速過高％，實際應用性較差。??：ｆ??；：？ｃ??圖１．３單壓電梁直激式壓電風能采集器??如何有效降低風致振動式壓電懸臂梁型風能采集器的臨界風速，如何提高??此類風能采集器輸出能力和環(huán)境適應能力成為了近些年來研究的熱點問題。目??前，解決方案主要分為采用剛柔復合梁型結構和懸臂梁自由端添加鈍體兩種。??剛柔復合梁型結構的風能采集器利用柔性梁剛度孝臨界風速極低的優(yōu)點，在??低風速下由柔性梁帶動剛性梁振動，從而解決單一剛性梁在低風速下難以起振??的問題。２０１１年，趙興強采用帶Ｔ形柔性梁的剛柔復合式風力發(fā)電機如圖１．４??所示，在風速１４ｍ／ｓ，匹配電阻７０松下，最大輸出功率為３７７ｗＦ［４６］。??７??

?第１章緒論???圖１．４?Ｔ形柔性梁壓電風能采集器??懸臂梁自由端為鈍體的風能采集器是在懸臂梁自由端添加不同鈍體結構，??并利用鈍體擾流激發(fā)懸臂梁振動。２０１０年Ｋｗｏｎ提出了一種“Ｔ”型壓電懸臂梁??風能采集器，如圖１．５所示。該風能采集在壓電梁末端連接了一個矩形板，當風??流經過該風能采集器時，風載荷施加于于矩形板上引起結構發(fā)生振動，對比單??壓電梁風能采集，這種添加矩形板的風能采集器起振風速更低，輸出效率更高??［４７］。??壓電陶瓷片?＾?１??基底??圖１．５?Ｔ型結構壓電風能采集器??２０１１年，Ｂｒｙａｎｔ等受飛機機翼結構的啟發(fā)，提出了一帶翼型鈍體的風能采??集器如圖１．６所示。翼型鈍體固定于懸臂梁的自由端，在風場中，翼型鈍體受到??風載荷的作用引發(fā)振動，帶動懸臂梁振動，從而降低起振風速，提高輸出效率，??此種結構在風速為８ｍ／ｓ時，輸出功率可到［４８］。??８??


本文編號：3382090