雙圓柱渦激耦合振動下的壓電俘能研究.pdf

1、近年來，壓電發(fā)電作為一種新型能源引起了人們的廣泛關(guān)注。在自然界中振動無處不在，而壓電材料可以將周圍環(huán)境中的振動能量轉(zhuǎn)化為電能，持續(xù)的輸出能量。這就彌補了傳統(tǒng)化學(xué)電池壽命有限的缺陷，降低了維修成本。其中，流致振動作為一種最常見的振動形式常被當(dāng)做壓電俘能器的能量來源。在以往的研究中，大都以單個壓電俘能器作為研究對象，分析其俘能性能。但是，在實際應(yīng)用中往往要在有限的區(qū)域內(nèi)放置多個壓電俘能器，來提高空間利用率及俘能效率。而多個俘能器之間的相互耦

2、合作用對它們的俘能性能有很大的影響。
　　本文以水中兩個尺寸相同的俘能器為研究對象，結(jié)合流體力學(xué)、彈性力學(xué)、材料力學(xué)以及壓電學(xué)等方面的知識，建立了壓電俘能器的等效數(shù)學(xué)模型。運用等效原理推到出了等效質(zhì)量及等效剛度的表達公式，并運用MATLAB求解相關(guān)方程。另外，通過仿真和實驗等方法求解出了數(shù)學(xué)模型中的其他等效參數(shù)。
　　兩俘能器之間的相互耦合作用使其受到的流體力比較復(fù)雜，沒有可供使用的經(jīng)驗公式來進行計算。本文運用FLUENT流

3、體仿真軟件模擬雙俘能器的流場，利用其求解器來計算兩個俘能器的受力大小，并結(jié)合UDF程序求解兩俘能器的動態(tài)響應(yīng)和電壓輸出，用動網(wǎng)格技術(shù)更新兩俘能器的位置，實現(xiàn)雙圓柱渦激耦合振動壓電俘能的流體仿真。在仿真的過程中，通過改變兩個俘能器的排列方式、間距比以及流場流速，得到了它們在不同條件下的輸出電壓。根據(jù)仿真結(jié)果，分析了兩俘能器俘能性能與這些因素的關(guān)系。最終通過與孤立俘能器對比發(fā)現(xiàn)，兩個俘能器之間的耦合作用很大程度的改變了它們各自的俘能性能。<