在化石能源利用和環(huán)境問(wèn)題的沖突之下,風(fēng)能因其蘊(yùn)含量大、分布廣、可再生、無(wú)污染等自身優(yōu)勢(shì)而被視為一種普遍性的清潔能源,而且世界各國(guó)對(duì)此類問(wèn)題的不斷深入使得該類技術(shù)不斷發(fā)展;壓電能量采集器作為一種新型自供能設(shè)備可以容易的將環(huán)境中的可再生清潔能源（風(fēng)能、水能等）轉(zhuǎn)化為電能,而且這種裝置憑借壽命長(zhǎng)、體積小、不受地域限制、功率密度高的特點(diǎn),在新能源開(kāi)發(fā)中體現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)。本文主要對(duì)馳振型懸臂梁式壓電風(fēng)能采集器的換能部件進(jìn)行了氣動(dòng)力性能設(shè)計(jì),并采用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬等對(duì)其進(jìn)行對(duì)比研究;主要內(nèi)容包括:（1）針對(duì)正方形能量采集器輸出功率弱的問(wèn)題,進(jìn)行了質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)從正方形到三角形再到漏斗形的拓?fù)涞刃鈩?dòng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。正方形后表面引起的再附著現(xiàn)象致使側(cè)向力出現(xiàn)脈動(dòng),甚至削弱振幅,通過(guò)合并后側(cè)端點(diǎn)且適當(dāng)增加尺寸比用來(lái)協(xié)調(diào)渦的脫落和降低壓差阻力;在三角形的基礎(chǔ)上,使近迎風(fēng)面的兩側(cè)對(duì)稱點(diǎn)向內(nèi)凹形成漏斗形以實(shí)現(xiàn)側(cè)向力和升力的同向且增強(qiáng)結(jié)構(gòu)非流線性。（2）基于馳振型懸臂梁式壓電能量采集器,首先通過(guò)Hamilton原理和Gauss定律分別建立系統(tǒng)機(jī)械控制方程和電控制方程,并對(duì)質(zhì)量塊振動(dòng)過(guò)程中的馳振氣動(dòng)力進(jìn)行了計(jì)算;引入... 

【文章來(lái)源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁(yè)數(shù)】：63 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

渡橋電廠和塔科馬大橋風(fēng)毀事故Fig.1-1Wind-destroyedaccidentsofFerrybridgepowerplantandTacomabridge

西安理工大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文6同時(shí)前后脫落渦間距增大，尾流跡象表現(xiàn)為2P、P+S、2C模式，從上述總結(jié)可以看出不同截面柱體流致振動(dòng)的尾流跡象差異較大，尾流形式不僅僅和振動(dòng)形式有關(guān)，和結(jié)構(gòu)自身也有極大的關(guān)系。1.3流致振動(dòng)研究在壓電能量采集器上的應(yīng)用早在二十世紀(jì)末，一些學(xué)者便將流致振動(dòng)的概念引入流體發(fā)電當(dāng)中，同時(shí)作為新興發(fā)電材料的壓電材料也被應(yīng)用到該領(lǐng)域內(nèi)；隨后各種各樣的壓電能量采集器被相繼提出，其中最經(jīng)典的模型應(yīng)當(dāng)屬鰻魚(yú)式[72]、樹(shù)式[73]和懸臂梁式[74]。由于最后者具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、較寬的獲取頻率以及高靈敏性而被廣泛研究。圖1-2帶圓柱鈍體的渦激振動(dòng)能量采集器[73]示意圖Fig.1-2TheschematicdiagramofVIVenergyharvester[73]withcylindricalbluffbody最初人們?cè)趬弘娔芰坎杉魃狭髦抡駝?dòng)的應(yīng)用以渦激振動(dòng)為主，比如，2010年佐治亞理工學(xué)院[73]研發(fā)出一種渦激振動(dòng)能量采集器，其原理如圖1.2所示，截面為圓形的鈍體在風(fēng)致振動(dòng)的作用下產(chǎn)生機(jī)械能，連接鈍體的桿可以對(duì)壓電球產(chǎn)生形變作用從而產(chǎn)生電能，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)在1到3m/s的風(fēng)速下，該能量采集器可以產(chǎn)生20μW的電能，文中還進(jìn)行了結(jié)構(gòu)陣列發(fā)電研究；Dai等[75,76]對(duì)基于渦激振動(dòng)的單懸臂梁壓電能量采集器進(jìn)行了模型建立及其非線性分析，通過(guò)研究表明繞流鈍體的質(zhì)量、壓電片長(zhǎng)度和外在電阻阻值對(duì)系統(tǒng)功率的輸出具有較大影響；Abdelkefi等[77,78]對(duì)以渦激振動(dòng)為基礎(chǔ)的壓電能量采圖1-3Akaydin等[79]得到的圓柱渦激振動(dòng)流場(chǎng)Fig.1-3Flowfieldofcylinder’svortexinducedvibrationinAkaydin’s[79]study集器進(jìn)行了大量的理論以及實(shí)驗(yàn)研究，他們主要提出一種基于歐拉-伯努利梁理論的非線

西安理工大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文6同時(shí)前后脫落渦間距增大，尾流跡象表現(xiàn)為2P、P+S、2C模式，從上述總結(jié)可以看出不同截面柱體流致振動(dòng)的尾流跡象差異較大，尾流形式不僅僅和振動(dòng)形式有關(guān)，和結(jié)構(gòu)自身也有極大的關(guān)系。1.3流致振動(dòng)研究在壓電能量采集器上的應(yīng)用早在二十世紀(jì)末，一些學(xué)者便將流致振動(dòng)的概念引入流體發(fā)電當(dāng)中，同時(shí)作為新興發(fā)電材料的壓電材料也被應(yīng)用到該領(lǐng)域內(nèi)；隨后各種各樣的壓電能量采集器被相繼提出，其中最經(jīng)典的模型應(yīng)當(dāng)屬鰻魚(yú)式[72]、樹(shù)式[73]和懸臂梁式[74]。由于最后者具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、較寬的獲取頻率以及高靈敏性而被廣泛研究。圖1-2帶圓柱鈍體的渦激振動(dòng)能量采集器[73]示意圖Fig.1-2TheschematicdiagramofVIVenergyharvester[73]withcylindricalbluffbody最初人們?cè)趬弘娔芰坎杉魃狭髦抡駝?dòng)的應(yīng)用以渦激振動(dòng)為主，比如，2010年佐治亞理工學(xué)院[73]研發(fā)出一種渦激振動(dòng)能量采集器，其原理如圖1.2所示，截面為圓形的鈍體在風(fēng)致振動(dòng)的作用下產(chǎn)生機(jī)械能，連接鈍體的桿可以對(duì)壓電球產(chǎn)生形變作用從而產(chǎn)生電能，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)在1到3m/s的風(fēng)速下，該能量采集器可以產(chǎn)生20μW的電能，文中還進(jìn)行了結(jié)構(gòu)陣列發(fā)電研究；Dai等[75,76]對(duì)基于渦激振動(dòng)的單懸臂梁壓電能量采集器進(jìn)行了模型建立及其非線性分析，通過(guò)研究表明繞流鈍體的質(zhì)量、壓電片長(zhǎng)度和外在電阻阻值對(duì)系統(tǒng)功率的輸出具有較大影響；Abdelkefi等[77,78]對(duì)以渦激振動(dòng)為基礎(chǔ)的壓電能量采圖1-3Akaydin等[79]得到的圓柱渦激振動(dòng)流場(chǎng)Fig.1-3Flowfieldofcylinder’svortexinducedvibrationinAkaydin’s[79]study集器進(jìn)行了大量的理論以及實(shí)驗(yàn)研究，他們主要提出一種基于歐拉-伯努利梁理論的非線


本文編號(hào)：3314727