本文關(guān)鍵詞：基于鈍體繞流的壓電發(fā)電模型研究

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【摘要】：海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)是人類(lèi)進(jìn)行海洋資源開(kāi)發(fā)、利用和保護(hù)的基本手段。當(dāng)代海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展密切相關(guān)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種新興的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),它被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)和保護(hù)、醫(yī)療與護(hù)理、軍事、工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)不需要基站,成本低廉,并且可以通過(guò)密集部署傳感器實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)的同時(shí)監(jiān)測(cè)。因此,對(duì)于海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)而言有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)用于海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作環(huán)境,本文提出了一種基于鈍體繞流的壓電發(fā)電技術(shù)用來(lái)給傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)供電。該壓電發(fā)電機(jī)被放置在海流環(huán)境中,將鈍體尾流中的游離漩渦作為整個(gè)裝置的激振力,它能夠采集流動(dòng)媒介中的動(dòng)能,并且將其直接轉(zhuǎn)換成電能,從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電能自供給。文章首先設(shè)計(jì)了一種可用于海流環(huán)境能量采集的基于鈍體繞流的壓電發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)由鈍體結(jié)構(gòu)、壓電柔性體以及外圍電路三個(gè)部分構(gòu)成。設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于對(duì)該壓電發(fā)電機(jī)激振力的研究。本文選取圓柱作為鈍體對(duì)象,分析了流體力學(xué)中的典型現(xiàn)象——圓柱繞流及其形成的渦流場(chǎng)特性,并且研究了壓電換能器的相關(guān)理論。其次,文章根據(jù)流固耦合動(dòng)力學(xué)、壓電材料的機(jī)電耦合相關(guān)理論以及基本的電路知識(shí),分別對(duì)流固耦合和機(jī)電耦合兩個(gè)部分進(jìn)行分析求解,建立了基于鈍體繞流的壓電發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。同時(shí),文章根據(jù)對(duì)基于鈍體繞流的壓電發(fā)電機(jī)的理論分析,利用ANSYS軟件中的Fluent單元和Mechanical APDL單元分別對(duì)流固耦合場(chǎng)、機(jī)電耦合場(chǎng)進(jìn)行建模求解,最終得到了壓電發(fā)電機(jī)的開(kāi)路電壓和純阻性負(fù)載條件下的輸出功率,并且研究了來(lái)流速度、圓柱尺寸等因素對(duì)壓電發(fā)電機(jī)輸出電能的影響。最后,論文搭建了一個(gè)小型實(shí)驗(yàn)平臺(tái),采用變頻水泵作為動(dòng)力源,制作得到了一個(gè)恒流速的水槽,將壓電薄膜和圓柱體按一定位置固定放置在水槽中,實(shí)驗(yàn)觀察壓電薄膜的輸出電壓波形,得到了不同流速和圓柱直徑條件下的電壓,并且外接負(fù)載,得到了相應(yīng)的輸出功率值。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TM619

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本文編號(hào)：1229565