目前,世界工業(yè)已經(jīng)進(jìn)入到了飛速發(fā)展的階段,但隨之而來的污染問題也引起了廣泛的關(guān)注,其中又以水污染尤為嚴(yán)重。對水質(zhì)的監(jiān)測是水污染治理中尤為重要的一環(huán),但水質(zhì)監(jiān)測所使用的無線傳感器多位于人跡罕至的區(qū)域,更換電池較為不便。在前期研究中設(shè)計(jì)的單自由度水下振動(dòng)能量采集系統(tǒng)為上述應(yīng)用場合的無線傳感器的供功能提供了一種有效手段,但也存在固有頻率高、收集效率低等問題。因此,本課題擬采用兩自由度壓電振子作為能量收集結(jié)構(gòu),可有效降低能量采集器的固有頻率,拓寬其工作頻帶范圍。本課題擬設(shè)計(jì)一種包含兩自由度壓電振子的基于卡門渦街的水下寬頻流致振動(dòng)能量收集裝置,并對其能量采集性能進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。首先,基于Euler-Bernoulli梁理論、機(jī)械振動(dòng)、壓電理論、流固耦合理論,建立兩自由度壓電振子的理論模型,以及振動(dòng)能量采集器的流固電三場耦合模型。然后,利用商用有限元分析軟件COMSOL Multiphysics對流致振動(dòng)能量收集裝置內(nèi)部的流體力學(xué)特性進(jìn)行數(shù)值仿真研究,分析渦街的脫落頻率與阻流體直徑和流速的關(guān)系;設(shè)計(jì)了三種不同結(jié)構(gòu)的壓電振子,并對其分別進(jìn)行模態(tài)分析和頻域分析,分析上述壓電振子的固有頻率及頻率響... 

【文章來源】：安徽工程大學(xué)安徽省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

三種環(huán)境能量采集方式

因此本課題擬利用卡門渦街原理，使水流在經(jīng)過阻流體時(shí)在阻流體產(chǎn)生左右交替且對稱的渦街可以使壓電振子產(chǎn)生較大的形變，同時(shí)也可以提能量轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)，使用壓電式環(huán)境能量采集的方式來為無線傳感器供能有清潔、可持續(xù)利用、可再生、能量密度大等優(yōu)點(diǎn)。3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.1 壓電能量采集技術(shù)的研究現(xiàn)狀如圖 1-2 所示，壓電能量采集系統(tǒng)多采用單晶片、并聯(lián)雙晶片或串聯(lián)雙晶懸臂梁式結(jié)構(gòu)。根據(jù) Liao 與 Ng[32]的研究結(jié)果可知，單晶片式壓電懸臂梁具種懸臂梁中最低的固有頻率，但是負(fù)載能力也較低。串聯(lián)雙晶片式壓電懸臂很高的負(fù)載能力，但同時(shí)也有著較高的固有頻率。而并聯(lián)式有著適中的負(fù)載與固有頻率。

實(shí)驗(yàn)裝置示意圖(a)壓電材料(b)能量采集手套[33]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]多質(zhì)量塊寬頻壓電能量收集器[J]. 王海,邱皖群,周璇,付邦晨.  壓電與聲光. 2015(06)
[2]非線性壓電振動(dòng)能量采集器的振動(dòng)特性與實(shí)驗(yàn)研究[J]. 王光慶,張偉,劉創(chuàng),楊斌強(qiáng),廖維新.  傳感技術(shù)學(xué)報(bào). 2015(10)
[3]壓電材料的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 裴先茹,高海榮.  安徽化工. 2010(03)

碩士論文
[1]水下流致振動(dòng)能量收集裝置的設(shè)計(jì)和研究[D]. 邱皖群.安徽工程大學(xué) 2016
[2]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)光伏能量采集技術(shù)研究[D]. 王正斌.青海大學(xué) 2016
[3]柔性壓電振子水下俘能特性研究[D]. 劉博.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[4]魚體利用流場能量的推進(jìn)行為及游動(dòng)軌跡規(guī)劃研究[D]. 顧斌.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010



本文編號(hào)：3218162