目前,世界工業(yè)已經(jīng)進入到了飛速發(fā)展的階段,但隨之而來的污染問題也引起了廣泛的關注,其中又以水污染尤為嚴重。對水質(zhì)的監(jiān)測是水污染治理中尤為重要的一環(huán),但水質(zhì)監(jiān)測所使用的無線傳感器多位于人跡罕至的區(qū)域,更換電池較為不便。在前期研究中設計的單自由度水下振動能量采集系統(tǒng)為上述應用場合的無線傳感器的供功能提供了一種有效手段,但也存在固有頻率高、收集效率低等問題。因此,本課題擬采用兩自由度壓電振子作為能量收集結(jié)構(gòu),可有效降低能量采集器的固有頻率,拓寬其工作頻帶范圍。本課題擬設計一種包含兩自由度壓電振子的基于卡門渦街的水下寬頻流致振動能量收集裝置,并對其能量采集性能進行了理論和實驗研究。首先,基于Euler-Bernoulli梁理論、機械振動、壓電理論、流固耦合理論,建立兩自由度壓電振子的理論模型,以及振動能量采集器的流固電三場耦合模型。然后,利用商用有限元分析軟件COMSOL Multiphysics對流致振動能量收集裝置內(nèi)部的流體力學特性進行數(shù)值仿真研究,分析渦街的脫落頻率與阻流體直徑和流速的關系;設計了三種不同結(jié)構(gòu)的壓電振子,并對其分別進行模態(tài)分析和頻域分析,分析上述壓電振子的固有頻率及頻率響... 

【文章來源】：安徽工程大學安徽省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

三種環(huán)境能量采集方式

因此本課題擬利用卡門渦街原理，使水流在經(jīng)過阻流體時在阻流體產(chǎn)生左右交替且對稱的渦街可以使壓電振子產(chǎn)生較大的形變，同時也可以提能量轉(zhuǎn)換效率。同時，使用壓電式環(huán)境能量采集的方式來為無線傳感器供能有清潔、可持續(xù)利用、可再生、能量密度大等優(yōu)點。3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.1 壓電能量采集技術的研究現(xiàn)狀如圖 1-2 所示，壓電能量采集系統(tǒng)多采用單晶片、并聯(lián)雙晶片或串聯(lián)雙晶懸臂梁式結(jié)構(gòu)。根據(jù) Liao 與 Ng[32]的研究結(jié)果可知，單晶片式壓電懸臂梁具種懸臂梁中最低的固有頻率，但是負載能力也較低。串聯(lián)雙晶片式壓電懸臂很高的負載能力，但同時也有著較高的固有頻率。而并聯(lián)式有著適中的負載與固有頻率。

實驗裝置示意圖(a)壓電材料(b)能量采集手套[33]

【參考文獻】：
期刊論文
[1]多質(zhì)量塊寬頻壓電能量收集器[J]. 王海,邱皖群,周璇,付邦晨.  壓電與聲光. 2015(06)
[2]非線性壓電振動能量采集器的振動特性與實驗研究[J]. 王光慶,張偉,劉創(chuàng),楊斌強,廖維新.  傳感技術學報. 2015(10)
[3]壓電材料的研究和應用現(xiàn)狀[J]. 裴先茹,高海榮.  安徽化工. 2010(03)

碩士論文
[1]水下流致振動能量收集裝置的設計和研究[D]. 邱皖群.安徽工程大學 2016
[2]無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點光伏能量采集技術研究[D]. 王正斌.青海大學 2016
[3]柔性壓電振子水下俘能特性研究[D]. 劉博.哈爾濱工業(yè)大學 2014
[4]魚體利用流場能量的推進行為及游動軌跡規(guī)劃研究[D]. 顧斌.哈爾濱工業(yè)大學 2010



本文編號：3218162