雙圓柱渦激耦合振動(dòng)下的壓電俘能研究.pdf

1、近年來(lái)，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(dòng)無(wú)處不在，而壓電材料可以將周圍環(huán)境中的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能，持續(xù)的輸出能量。這就彌補(bǔ)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(dòng)作為一種最常見(jiàn)的振動(dòng)形式常被當(dāng)做壓電俘能器的能量來(lái)源。在以往的研究中，大都以單個(gè)壓電俘能器作為研究對(duì)象，分析其俘能性能。但是，在實(shí)際應(yīng)用中往往要在有限的區(qū)域內(nèi)放置多個(gè)壓電俘能器，來(lái)提高空間利用率及俘能效率。而多個(gè)俘能器之間的相互耦

2、合作用對(duì)它們的俘能性能有很大的影響。
　　本文以水中兩個(gè)尺寸相同的俘能器為研究對(duì)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(shí)，建立了壓電俘能器的等效數(shù)學(xué)模型。運(yùn)用等效原理推到出了等效質(zhì)量及等效剛度的表達(dá)公式，并運(yùn)用MATLAB求解相關(guān)方程。另外，通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)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(méi)有可供使用的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)進(jìn)行計(jì)算。本文運(yùn)用FLUENT流

3、體仿真軟件模擬雙俘能器的流場(chǎng)，利用其求解器來(lái)計(jì)算兩個(gè)俘能器的受力大小，并結(jié)合UDF程序求解兩俘能器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和電壓輸出，用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)更新兩俘能器的位置，實(shí)現(xiàn)雙圓柱渦激耦合振動(dòng)壓電俘能的流體仿真。在仿真的過(guò)程中，通過(guò)改變兩個(gè)俘能器的排列方式、間距比以及流場(chǎng)流速，得到了它們?cè)诓煌瑮l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(guò)與孤立俘能器對(duì)比發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)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。<