本文關(guān)鍵詞：基于鈍體繞流的壓電發(fā)電模型研究

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【摘要】：海洋環(huán)境監(jiān)測是人類進行海洋資源開發(fā)、利用和保護的基本手段。當代海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展密切相關(guān)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種新興的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),它被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測和保護、醫(yī)療與護理、軍事、工業(yè)等多個領(lǐng)域。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)不需要基站,成本低廉,并且可以通過密集部署傳感器實現(xiàn)多節(jié)點的同時監(jiān)測。因此,對于海洋環(huán)境監(jiān)測而言有著獨特的優(yōu)勢。針對用于海洋環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作環(huán)境,本文提出了一種基于鈍體繞流的壓電發(fā)電技術(shù)用來給傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點供電。該壓電發(fā)電機被放置在海流環(huán)境中,將鈍體尾流中的游離漩渦作為整個裝置的激振力,它能夠采集流動媒介中的動能,并且將其直接轉(zhuǎn)換成電能,從而實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的電能自供給。文章首先設(shè)計了一種可用于海流環(huán)境能量采集的基于鈍體繞流的壓電發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)由鈍體結(jié)構(gòu)、壓電柔性體以及外圍電路三個部分構(gòu)成。設(shè)計的重點在于對該壓電發(fā)電機激振力的研究。本文選取圓柱作為鈍體對象,分析了流體力學中的典型現(xiàn)象——圓柱繞流及其形成的渦流場特性,并且研究了壓電換能器的相關(guān)理論。其次,文章根據(jù)流固耦合動力學、壓電材料的機電耦合相關(guān)理論以及基本的電路知識,分別對流固耦合和機電耦合兩個部分進行分析求解,建立了基于鈍體繞流的壓電發(fā)電機的數(shù)學模型。同時,文章根據(jù)對基于鈍體繞流的壓電發(fā)電機的理論分析,利用ANSYS軟件中的Fluent單元和Mechanical APDL單元分別對流固耦合場、機電耦合場進行建模求解,最終得到了壓電發(fā)電機的開路電壓和純阻性負載條件下的輸出功率,并且研究了來流速度、圓柱尺寸等因素對壓電發(fā)電機輸出電能的影響。最后,論文搭建了一個小型實驗平臺,采用變頻水泵作為動力源,制作得到了一個恒流速的水槽,將壓電薄膜和圓柱體按一定位置固定放置在水槽中,實驗觀察壓電薄膜的輸出電壓波形,得到了不同流速和圓柱直徑條件下的電壓,并且外接負載,得到了相應(yīng)的輸出功率值。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM619

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