【摘要】：為實現(xiàn)從自然環(huán)境中自動獲取清潔能源,并給無線傳感器和通訊模塊供電,基于渦激振動及共振聲學(xué)放大原理,設(shè)計了一種壓電自發(fā)電裝置。首先對位于該自發(fā)電裝置內(nèi)的壓電懸臂梁復(fù)合結(jié)構(gòu)進行力學(xué)分析;其次基于計算流體力學(xué)數(shù)值方法,對繞流圓柱后附加不同板長條件下的流場動力學(xué)特性進行分析,以明確懸臂梁長度對脫渦頻率和升力、阻力系數(shù)的影響規(guī)律。利用有限元軟件ANSYS對壓電懸臂梁復(fù)合結(jié)構(gòu)的橫向往復(fù)振動進行數(shù)值模擬,確定了復(fù)合結(jié)構(gòu)的橫向振動頻率隨板長L的變化規(guī)律。最后對位于該裝置兩側(cè)的亥姆霍茲共振器的結(jié)構(gòu)尺寸進行優(yōu)化設(shè)計,以使流場的脫渦頻率、壓電懸臂梁復(fù)合結(jié)構(gòu)的一階橫向振動頻率和共振器的諧振頻率達到一致,從而使壓電發(fā)電裝置產(chǎn)生共振并輸出最大的電能。試驗結(jié)果表明,渦激振動自發(fā)電裝置在5 m/s的風(fēng)速下可產(chǎn)生兩相峰峰值為6.0 V的開路電壓,且上述3個頻率達到一致。4~6.25 m/s為該自發(fā)電裝置的自鎖風(fēng)速區(qū)間,在此風(fēng)速范圍內(nèi),自發(fā)電裝置均能產(chǎn)生較大的電壓。
[Abstract]:In order to automatically obtain clean energy from natural environment and supply power to wireless sensors and communication modules, a piezoelectric self-generating device was designed based on the principles of vortex-induced vibration and resonance acoustic amplification. Firstly, the piezoelectric cantilever composite structure which is located in the self-generating device is analyzed. Secondly, based on the numerical method of computational fluid dynamics, the dynamic characteristics of the flow field under the condition of adding different plate lengths around the cylinder are analyzed, so as to clarify the influence of cantilever beam length on the frequency, lift force and drag coefficient of the cantilever beam. The transverse reciprocating vibration of piezoelectric cantilever composite structure is numerically simulated by finite element software ANSYS, and the variation law of transverse vibration frequency with plate length L is determined. Finally, the structure size of Helmholtz resonator located on both sides of the device is optimized to make the frequency of flow field devortex, the first order transverse vibration frequency of piezoelectric cantilever beam structure and the resonance frequency of the resonator consistent. Thus, the piezoelectric power generation device produces resonance and outputs the maximum electric energy. The experimental results show that the Vortex induced vibration self-generation device can produce an open-circuit voltage of 6.0 V with a peak of two phases at a wind speed of 5 m / s, and the three frequencies mentioned above are consistent. 40.6.25 m / s is the self-locking wind speed range of the self-generating device. In this range of wind speed, the self-generating devices can generate a larger voltage.
【作者單位】： 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程基礎(chǔ)教學(xué)與訓(xùn)練中心;國家精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)航空施藥技術(shù)國際聯(lián)合研究中心;華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院;華南農(nóng)業(yè)大學(xué)數(shù)學(xué)與信息學(xué)院;
【基金】：國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFD0200700) 廣東省自然科學(xué)基金項目(2015A030310182) 廣東省科技計劃項目(2016A020210092、2016A020210100)
【分類號】：TM619

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