基于柔性壓電材料的流致振動俘能特性研究.pdf

1、自然界中運動的流體的無處不在,因此如何將風(fēng)能、水能、潮汐等流體動能轉(zhuǎn)化電能是一項很有意義的研究。壓電材料因其機械形變能產(chǎn)生電能,可以用來制作俘能器將流體的動能轉(zhuǎn)化成電能。由于流致振動壓電俘能技術(shù)同時涉及到流體、固體、電學(xué)等三個方面,因此本文建立了流體-固體-電學(xué)三物理場耦合數(shù)學(xué)模型,并分析了壓電振子的在流體中的振動和俘能特性。
　　本文根據(jù)計算流體力學(xué)理論、格子-波爾茲曼理論、沉浸邊界理論、振動理論、歐拉伯努利梁理論和壓電學(xué)理論等

2、相關(guān)知識,建立了流體-固體-電學(xué)三物理場二維耦合數(shù)學(xué)模型。并分別以靜圓柱繞流、單壓電振子振動和俘能等三個方面的分析計算結(jié)果,與經(jīng)典文獻的計算結(jié)果進行比較,驗證了所建立的數(shù)學(xué)模型的正確性。
　　基于本文建立的流體-固體-電學(xué)數(shù)學(xué)模型,計算了不同壓電振子的結(jié)構(gòu)參數(shù)和流體流速下的最優(yōu)外接電阻大小,并分別分析了壓電振子長度、厚度和流體流速對壓電振子的振動和俘能的影響。
　　針對壓電振子的高階模態(tài),為了提高其俘能能力,本文提出了沿長度

3、方向上對壓電振子進行電極配置的方式以適應(yīng)不同流場流速下的不同模態(tài)。分析了不同壓電振子長度、厚度和流體流速作用下的分段節(jié)點數(shù)目和位置,并對配置連續(xù)電極和分段電極的壓電振子的俘能力作了比較。結(jié)果證明,在流致振動的高階模態(tài)下,合理配置分段電極能夠大幅度提高俘能效率。
　　考慮到多個壓電振子在流場中的振動耦合作用,本文分別分析了雙壓電振子在串行、并行、交錯排列方式下的耦合振動和俘能規(guī)律。得到了兩壓電振子不同排列方式下,其相互耦合作用和振動