【摘要】：氣動技術(shù)因具有輸出推力大、結(jié)構(gòu)簡單、清潔無污染等優(yōu)點,在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應用。隨著工業(yè)集成化的戰(zhàn)略需求日益深入,通常需要引入大量傳感器對其各功能部件進行監(jiān)測,以保證氣動系統(tǒng)持續(xù)、可靠的協(xié)同工作,這使得傳感器的持續(xù)供能問題成為了亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)。本文基于康達效應放大氣動系統(tǒng)排出的小流量壓縮氣體的流量,設(shè)計射流沖擊式壓電俘能器,實現(xiàn)氣動系統(tǒng)能量到電能的轉(zhuǎn)換,提高其能量轉(zhuǎn)換效率,具體研究內(nèi)容如下:首先,結(jié)合康達效應的理論模型,分析了康達效應產(chǎn)生的機理及流體流態(tài)對康達效應的影響規(guī)律。然后,建立了懸臂梁式壓電俘能器能量轉(zhuǎn)化的理論模型,分析了壓電俘能器的俘能機理,理論研究了懸臂梁壓電振子在沖擊載荷作用下的應力及應變分布。最后,結(jié)合壓電理論,分析了壓電俘能器的電輸出特性。利用FLUENT仿真分析軟件仿真分析了空氣放大器內(nèi)部以及射流口處的流場分布,確定了空氣放大器的結(jié)構(gòu)與尺寸。利用COMSOL仿真分析軟件仿真分析了沖擊載荷作用下壓電振子表面的應力、應變分布以及電勢分布,研究了不同尺寸壓電振子在多種均布載荷作用下的電壓輸出規(guī)律。研究結(jié)果表明當壓電振子的長度和力載荷增加時,壓電振子的輸出電壓逐漸增大。設(shè)計并研制了圓形擾流板結(jié)構(gòu)與翼型擾流板結(jié)構(gòu)兩種射流沖擊式壓電俘能器實驗樣機。其中,通過在懸臂梁壓電振子的自由端增加了圓形擾流板,增大氣流沖擊載荷作用下懸臂梁壓電振子的形變量,提高壓電振子的能量轉(zhuǎn)化效率。對于射流沖擊式翼型擾流板壓電俘能器,通過建立翼型擾流板上下表面壓力分布的數(shù)學模型,理論研究氣流參數(shù)對翼型擾流板顫振狀態(tài)的影響規(guī)律。搭建了壓電俘能器樣機實驗測試系統(tǒng),開展了樣機輸出特性實驗研究。實驗結(jié)果表明:隨著氣體流量的增大,壓電俘能器輸出開路電壓呈現(xiàn)上升趨勢;而隨著氣體壓力的增大,壓電俘能器輸出開路電壓呈下降趨勢。具體為:圓形擾流板壓電俘能器輸出開路電壓的最大值為25.07 V,輸出最大瞬時功率可以達到19.89μW。翼型擾流板壓電俘能器輸出開路電壓的最大值為23.33 V,輸出最大瞬時功率可以達到13.06μW。
【圖文】：

圖 1.12 柔性壓電振子結(jié)構(gòu)示意圖da 等人提出了一種柔性結(jié)構(gòu)的壓電俘柔性的壓電薄膜振動，實現(xiàn)風能的俘張力以及擾流板對壓電俘能裝置輸出一種收集空氣彈性振動能量的壓電俘材料連接而成。俘能器由兩層壓電陶勵信號作用下壓電俘能器的運動方程電俘能器的響應特性，豐富了壓電俘在的問題系統(tǒng)的無線傳感器的研究已較為深入布于氣動系統(tǒng)各個角落的無線傳感器統(tǒng)中大量無線傳感器持續(xù)可靠的供能需探索面向氣動系統(tǒng)中無線傳感器能

引言壓電振子的材料和結(jié)構(gòu)形式多種多樣，氣動系統(tǒng)排出的小流量壓縮氣體經(jīng)由器對流量進行放大后，射流沖擊作用在壓電振子上會引起壓電振子快速、大機械變形。因此，我們選用懸臂梁式固定的 PVDF 薄膜制作壓電振子。本章懸臂梁式壓電振子的數(shù)學模型，分析懸臂梁壓電振子在射流沖擊載荷作用下特性，，仿真分析懸臂梁式壓電振子的電勢分布。 懸臂梁式壓電振子理論分析.1 射流沖擊式懸臂梁壓電振子俘能原理壓電振子的結(jié)構(gòu)包含多種形式以滿足不同場合的需求，PVDF 薄膜是一種柔材料，可以承受較大的機械應變。懸臂梁壓電發(fā)電裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，在低易于產(chǎn)生諧振并可輸出較高的電能等優(yōu)點。本論文結(jié)合射流流體流速快，沖點，選用懸臂梁式 PVDF 壓電薄膜進行研究，其結(jié)構(gòu)如圖 3.1 所示。
【學位授予單位】：長春工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH138

【參考文獻】

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