因為海洋環(huán)境復(fù)雜多變面積廣闊,所以一般情況下監(jiān)測海洋參數(shù)的低功耗傳感器投放后不再回收,而普通的化學(xué)電池容量有限體積較大,無法滿足傳感器長時間工作的需求。海洋環(huán)境中蘊含大量振動能量,所以利用壓電材料的壓電效應(yīng)將洋流中巨大的振動能量轉(zhuǎn)化為電能給傳感器充電成為近年來研究者關(guān)注的熱點。海洋環(huán)境中有多種振動方式,但普遍為隨機振動,而卡門渦街效應(yīng)作為流體中普遍存在的現(xiàn)象,可以激發(fā)柔性壓電材料周期性振動,為電信號的后續(xù)處理帶來了極大的便利。首先,利用壓電懸臂梁的分布式參數(shù)模型對懸臂梁俘能器的振動發(fā)電機理做出闡釋,發(fā)現(xiàn)俘能器的設(shè)計中基板材料的屬性及基板的厚度對俘能器的發(fā)電效果有一定影響。之后利用濕模態(tài)分析,對不同流體介質(zhì)包裹下的懸臂梁俘能器的特性作了進一步研究,發(fā)現(xiàn)流體介質(zhì)的密度可以調(diào)節(jié)俘能器的固有頻率及內(nèi)阻抗。其次,建立了單層網(wǎng)格的數(shù)值仿真模型,通過結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分,確定了符合模型的網(wǎng)格參數(shù)。通過仿真計算發(fā)現(xiàn),剛性擋板的長度及安放位置對渦街脫落的頻率及旋渦強度有明顯影響,為之后的研究提供了數(shù)據(jù)與經(jīng)驗支持。隨后建立了超彈性體的單層網(wǎng)格流固耦合分析模型,驗證了模型的可行性,通過仿真發(fā)現(xiàn)鈍體形狀對于彈性體的...

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 振動能量收集器研究現(xiàn)狀
        1.2.2 渦激振動理論及研究現(xiàn)狀
        1.2.3 渦街激勵能量收集器研究現(xiàn)狀
    1.3 當(dāng)前研究中存在的問題
    1.4 本文的主要研究內(nèi)容
第二章 壓電懸臂梁俘能器數(shù)學(xué)模型的建立與仿真分析
    2.1 壓電懸臂梁分布參數(shù)模型的建立
        2.1.1 壓電俘能器分布參數(shù)動力學(xué)模型
        2.1.2 壓電俘能器的等效電路模型
        2.1.3 壓電懸臂梁基板厚度對俘能器發(fā)電的影響
    2.2 壓電懸臂梁俘能器的濕模態(tài)分析
        2.2.1 濕模態(tài)分析有限元模型及相關(guān)參數(shù)
        2.2.2 濕模態(tài)分析結(jié)果
    2.3 本章小結(jié)
第三章 固定擋板對卡門渦街效應(yīng)影響的數(shù)值模擬
    3.1 CFD數(shù)值模擬流程概述
    3.2 計算模型的控制方程及相關(guān)參數(shù)
        3.2.1 流體力學(xué)控制方程
        3.2.2 圓柱繞流相關(guān)參數(shù)
    3.3 Fluent離散方程及求解模型選擇
        3.3.1 Fluent離散方程
        3.3.2 求解模型的選擇
    3.4 仿真模型的前處理
        3.4.1 流體域模型的建立
        3.4.2 流體域網(wǎng)格劃分
    3.5 數(shù)值模擬結(jié)果及分析
        3.5.1 擋板長短對渦街脫落的影響
        3.5.2 擋板位置對渦街脫落的影響
    3.6 本章小結(jié)
第四章 基于卡門渦街效應(yīng)的柔性擋板流固耦合分析
    4.1 流固耦合理論及流程概述
        4.1.1 流固耦合的分類
        4.1.2 流固耦合過程中的數(shù)據(jù)傳遞及迭代過程
    4.2 動網(wǎng)格理論
    4.3 柔性擋板流固耦合分析前處理
        4.3.1 結(jié)構(gòu)模型及邊界條件
        4.3.2 網(wǎng)格劃分
    4.4 計算結(jié)果分析
        4.4.1 柔性擋板變形分析
        4.4.2 網(wǎng)格變形分析
        4.4.3 升、阻力系數(shù)分析
        4.4.4 時間步驗證
    4.5 本章小結(jié)
第五章 基于卡門渦街效應(yīng)的柔性壓電片數(shù)值模擬及實驗研究
    5.1 流-固-電三場耦合原理及數(shù)值模擬結(jié)果
    5.2 實驗器材及其簡介
    5.3 實驗步驟
    5.4 實驗結(jié)果及分析
    5.5 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果
致謝



本文編號：3800687