針對當(dāng)前風(fēng)能采集器低風(fēng)速下輸出效率較低的問題,文中提出了一種采用半環(huán)形鈍體結(jié)構(gòu)的新型壓電式風(fēng)能采集器,其由矩形壓電懸臂梁與安裝在懸臂梁自由端上的半環(huán)形截面鈍體組成。與傳統(tǒng)的圓形、長方形截面鈍體相比,半環(huán)形截面鈍體由于特殊的凹面結(jié)構(gòu)而具有更強(qiáng)的風(fēng)流阻礙作用,導(dǎo)致半環(huán)形鈍體附近流場更紊亂,壓力場梯度更大,從而鈍體及壓電懸臂梁發(fā)生的馳振更強(qiáng)烈,輸出電壓更高。利用有限元法分別仿真分析了半環(huán)形、圓形、矩形截面鈍體周圍流場的風(fēng)速及壓力分布。分析結(jié)果表明,半環(huán)形截面鈍體附近具有更強(qiáng)的紊亂流場及更大的壓力梯度。為驗證文中提出方案的先進(jìn)性,實驗分別測試了在0～6.5m/s風(fēng)速下采用半環(huán)形、圓形、矩形鈍體的壓電式風(fēng)能采集器的輸出特性。實驗結(jié)果表明,文中提出的采用半環(huán)形鈍體的壓電式風(fēng)能采集器具有更高的輸出電壓及功率。當(dāng)風(fēng)速較低為2m/s時,其最優(yōu)輸出功率分別是采用圓形、矩形鈍體的壓電式風(fēng)能采集器的6.4倍和4.8倍;當(dāng)風(fēng)速為6.5m/s時,采集器在最優(yōu)負(fù)載140kΩ下,最大輸出功率為0.482mW。不僅如此,本文還詳細(xì)分析四種接口電路的基本原理,利用Multisim仿真軟件建立了四種接口電路的仿真模型,對比... 

【文章來源】：南昌大學(xué)江西省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２壓電式轉(zhuǎn)動風(fēng)能采集器??

?第１章緒論???風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能。風(fēng)致振動式能量采集器結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低且能量采集效??率高，是風(fēng)能采集器發(fā)展的主流趨勢ｔ４３－４＾。２００７年，Ｙ．Ｋ．Ｔａｎ等設(shè)計了一種采用??單壓電梁的風(fēng)能采集器如圖１．３所示，但此種風(fēng)能采集器自身剛度較高，導(dǎo)致臨??界風(fēng)速過高％，實際應(yīng)用性較差。??：ｆ??；：？ｃ??圖１．３單壓電梁直激式壓電風(fēng)能采集器??如何有效降低風(fēng)致振動式壓電懸臂梁型風(fēng)能采集器的臨界風(fēng)速，如何提高??此類風(fēng)能采集器輸出能力和環(huán)境適應(yīng)能力成為了近些年來研究的熱點問題。目??前，解決方案主要分為采用剛?cè)釓?fù)合梁型結(jié)構(gòu)和懸臂梁自由端添加鈍體兩種。??剛?cè)釓?fù)合梁型結(jié)構(gòu)的風(fēng)能采集器利用柔性梁剛度孝臨界風(fēng)速極低的優(yōu)點，在??低風(fēng)速下由柔性梁帶動剛性梁振動，從而解決單一剛性梁在低風(fēng)速下難以起振??的問題。２０１１年，趙興強(qiáng)采用帶Ｔ形柔性梁的剛?cè)釓?fù)合式風(fēng)力發(fā)電機(jī)如圖１．４??所示，在風(fēng)速１４ｍ／ｓ，匹配電阻７０松下，最大輸出功率為３７７ｗＦ［４６］。??７??

?第１章緒論???圖１．４?Ｔ形柔性梁壓電風(fēng)能采集器??懸臂梁自由端為鈍體的風(fēng)能采集器是在懸臂梁自由端添加不同鈍體結(jié)構(gòu)，??并利用鈍體擾流激發(fā)懸臂梁振動。２０１０年Ｋｗｏｎ提出了一種“Ｔ”型壓電懸臂梁??風(fēng)能采集器，如圖１．５所示。該風(fēng)能采集在壓電梁末端連接了一個矩形板，當(dāng)風(fēng)??流經(jīng)過該風(fēng)能采集器時，風(fēng)載荷施加于于矩形板上引起結(jié)構(gòu)發(fā)生振動，對比單??壓電梁風(fēng)能采集，這種添加矩形板的風(fēng)能采集器起振風(fēng)速更低，輸出效率更高??［４７］。??壓電陶瓷片?＾?１??基底??圖１．５?Ｔ型結(jié)構(gòu)壓電風(fēng)能采集器??２０１１年，Ｂｒｙａｎｔ等受飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，提出了一帶翼型鈍體的風(fēng)能采??集器如圖１．６所示。翼型鈍體固定于懸臂梁的自由端，在風(fēng)場中，翼型鈍體受到??風(fēng)載荷的作用引發(fā)振動，帶動懸臂梁振動，從而降低起振風(fēng)速，提高輸出效率，??此種結(jié)構(gòu)在風(fēng)速為８ｍ／ｓ時，輸出功率可到［４８］。??８??


本文編號：3382090