發(fā)布時間：2022-01-21 08:01

　　為滿足無線電監(jiān)測系統(tǒng)的自供電需求,針對自然風環(huán)境下壓電振子的有效激勵問題,本文提出了一種基于預(yù)彎壓電振子的風力發(fā)電機,并從仿真和試驗兩方面對其發(fā)電特性進行了研究。具體研究工作如下:建立了懸臂梁預(yù)彎壓電振子的COMSOL有限元仿真模型,研究了壓電振子的結(jié)構(gòu)參數(shù)和外部參數(shù)對其結(jié)構(gòu)應(yīng)力、固有頻率及發(fā)電性能（輸出電壓及功率）的影響規(guī)律,為壓電振子的優(yōu)選提供參考,結(jié)果表明:①壓電振子的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、固有頻率及發(fā)電性能受壓電振子結(jié)構(gòu)尺寸和外部參數(shù)影響明顯;②均布載荷的增加會改變壓電振子固有頻率隨結(jié)構(gòu)參數(shù)變化的規(guī)律;③壓電振子存在最佳負載電阻和激勵頻率使平均功率最大;建立了發(fā)電機的COMSOL流固耦合有限元仿真模型,研究了風速、迎風角、擾流板的有無及其安裝角度對發(fā)電機輸出性能的影響規(guī)律,為后續(xù)發(fā)電機的設(shè)計提供參考,結(jié)果表明:①由仿真結(jié)果得斯特勞哈爾數(shù)St≈0.31;②壓電振子變形量隨風速的增大而增大,存在最佳風速使得振幅達到最大;存在最佳迎風角使得變形量達到最大;③擾流板的增加可提高發(fā)電機的輸出性能及其穩(wěn)定性;為驗證理論與仿真的正確性,設(shè)計制作了試驗樣機,搭建了試驗平臺并進行試驗,獲得了風速、迎風角、附... 

【文章來源】：浙江師范大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：56 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．３壓電懸臂梁在風洞中的放置方式??上述分析結(jié)果表明，現(xiàn)有的剛性梁型直激式發(fā)電機雖可實現(xiàn)流體能量的有效??

前后側(cè)壓力交替改變ｆＷ，從而使壓電振子產(chǎn)生自激振動發(fā)電。??２０１２年，新加坡國立大學(xué)的Ｈｕｉｃｏｎｇ?Ｌｉｕ［１７］等人設(shè)計了壓電微懸臂風力發(fā)電??機（見圖１」），在風速１５．６ｍ／ｓ，優(yōu)化功率負載電阻ｌＯＯｋｉｌ，輸出功率為０．３６ｍＷ。??、?壓電振子??圖１．１壓電微懸臂風力發(fā)電機??２０１６年，闞君武等［１８］設(shè)計了一種直激式壓電發(fā)電機（見圖１．２）并進行了仿真??與試驗分析，獲了壓電振子厚度比，附加質(zhì)量及風速對其發(fā)電性能的影響。但尚??未涉及迎風角對其發(fā)性能的影響，研宄尚需進一步深入與完善。???氬?１?．…??．．??圖１．２直激式壓電發(fā)電機??２０１６年，上海大學(xué)吳松等［１９］進行了振動式壓電風能發(fā)電機裝置（見圖１．３）的??研宄，建立了發(fā)電裝置在風場中的有限元模型，制作了壓電發(fā)電裝置，并在微型??風洞中進行了實驗。結(jié)果表明，發(fā)電裝置在風場中徑向放置時產(chǎn)生的電壓明顯比??其他放置方式高，當風速為１５ｍ／ｓ時，徑向放置的輸出電壓峰峰值大約是軸向放??置的兩倍。??—．?壓電酐??圖１．３壓電懸臂梁在風洞中的放置方式??上述分析結(jié)果表明

前后側(cè)壓力交替改變ｆＷ，從而使壓電振子產(chǎn)生自激振動發(fā)電。??２０１２年，新加坡國立大學(xué)的Ｈｕｉｃｏｎｇ?Ｌｉｕ［１７］等人設(shè)計了壓電微懸臂風力發(fā)電??機（見圖１」），在風速１５．６ｍ／ｓ，優(yōu)化功率負載電阻ｌＯＯｋｉｌ，輸出功率為０．３６ｍＷ。??、?壓電振子??圖１．１壓電微懸臂風力發(fā)電機??２０１６年，闞君武等［１８］設(shè)計了一種直激式壓電發(fā)電機（見圖１．２）并進行了仿真??與試驗分析，獲了壓電振子厚度比，附加質(zhì)量及風速對其發(fā)電性能的影響。但尚??未涉及迎風角對其發(fā)性能的影響，研宄尚需進一步深入與完善。???氬?１?．…??．．??圖１．２直激式壓電發(fā)電機??２０１６年，上海大學(xué)吳松等［１９］進行了振動式壓電風能發(fā)電機裝置（見圖１．３）的??研宄，建立了發(fā)電裝置在風場中的有限元模型，制作了壓電發(fā)電裝置，并在微型??風洞中進行了實驗。結(jié)果表明，發(fā)電裝置在風場中徑向放置時產(chǎn)生的電壓明顯比??其他放置方式高，當風速為１５ｍ／ｓ時，徑向放置的輸出電壓峰峰值大約是軸向放??置的兩倍。??—．?壓電酐??圖１．３壓電懸臂梁在風洞中的放置方式??上述分析結(jié)果表明

【參考文獻】：
期刊論文
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[2]基于壓電片的風力發(fā)電裝置及其自動迎風研究[J]. 龍軍,李茂軍.  壓電與聲光. 2017(03)
[3]振動式壓電風能發(fā)電裝置的研究[J]. 吳松,張健滔.  微特電機. 2016(10)
[4]剛?cè)釓?fù)合梁壓電風能采集器的試驗測試與分析[J]. 王淑云,沈亞林,闞君武,汪彬,張忠華,嚴夢加,方江海.  振動與沖擊. 2016(18)
[5]一種錯位旋磁激勵壓電俘能器[J]. 闞君武,張肖逸,王淑云,汪彬,余杰,張忠華,何恒錢.  中國機械工程. 2016(16)
[6]基于風致振動機理的微型壓電風能采集器[J]. 曹旸,陳仁文.  壓電與聲光. 2016(04)
[7]直激式壓電風能捕獲器的性能分析與實驗[J]. 闞君武,張肖逸,王淑云,汪彬,沈亞林,楊燦,傅青青.  光學(xué)精密工程. 2016(05)
[8]基于CFD和CSD耦合的渦激振和顫振氣彈模擬[J]. 李永樂,朱佳琪,唐浩俊.  振動與沖擊. 2015(12)
[9]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在橋梁健康監(jiān)測中的應(yīng)用[J]. 俞姝穎,吳小兵,陳貴海,戴海鵬,洪衛(wèi)星.  軟件學(xué)報. 2015(06)
[10]旋磁激勵式圓形壓電振子發(fā)電機[J]. 闞君武,于麗,王淑云,楊振宇,李洋,金賢芳.  振動與沖擊. 2015(02)

博士論文
[1]基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的建筑安全監(jiān)測技術(shù)研究[D]. 高治軍.大連理工大學(xué) 2014

碩士論文
[1]基于諧振腔和簧片閥結(jié)構(gòu)的風能回收裝置[D]. 季軍.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2010
[2]橋梁結(jié)構(gòu)的馳振現(xiàn)象及其控制[D]. 郝浩.長安大學(xué) 2010



本文編號：3599883