波浪驅動壓電發(fā)電技術理論研究.pdf

1、傳統(tǒng)海洋無線傳感網絡節(jié)點主要是利用電池供能，當電池電量耗盡更換電池時，節(jié)點暫停工作會給生活和生產帶來不利影響。隨著近年來海洋能研究與利用不斷深入，其中利用波浪能發(fā)電為航標等海洋無線傳感網絡節(jié)點供能是一個新的研究方向。
　　本文設計出一種新型浮標式波能壓電發(fā)電裝置。首先給出波浪壓電發(fā)電裝置整體機構，然后結合微幅波理論、弗汝德-克雷洛夫假定法以及壓電效應理論計算推導出在波浪力作用下壓電疊堆輸出負載電壓曲線。在海水深度5m，浪高0.1m

2、，波數為0.64的海洋環(huán)境中，取垂直繞射系數1.1，設計浮體直徑2m，計算分析浮標獲得最大波浪力1500N，比較分析了串聯和并聯兩種安裝模式的壓電疊堆發(fā)電產生的電壓曲線，并聯壓電疊堆輸出功率達到53.7μW，可以實現為海洋監(jiān)測無線傳感網絡節(jié)點供能的目的。
　　振蕩水柱式波能發(fā)電系統(tǒng)中波能轉換主要結構氣室能將入射波能轉換為空氣往復振蕩的動能進而完成能量一次轉換，該過程的氣室壓強研究對發(fā)電系統(tǒng)設計具有重要意義。因此針對“引浪板”和“引

3、浪通道”的三維側向開口固定式振蕩水柱波能轉換系統(tǒng)，采用三維Green函數法建立了氣室內水氣動力學性能的壓縮空氣壓強理論計算模型。計算時為了滿足壓強與速度連續(xù)條件，響應脈動源與擾動脈動源兩者在交界面上需要相互匹配;同時為了能夠精確快速地求解三維Green函數，采用了多維切比雪夫多項式和漸近展開式快速近似計算方法。計算結果不僅表明所用方法快速準確，而且可以預測振蕩水柱波能發(fā)電系統(tǒng)性能及進一步研究類似問題。
　　振蕩水柱式壓電發(fā)電技術工

4、作原理首先利用氣室將波浪能轉換為空氣流的能量，其次空氣壓強作用于具有壓電效應的復合壓電圓盤，使其發(fā)生彈性形變進而輸出電能。在第三章中已經分析計算得到空氣室中最大壓強為0.254pa，將此壓強作用于d31和d33模式的五種復合壓電圓盤，最后分別研究計算了五種復合壓電圓盤輸出電能、電壓和電荷隨著壓電層厚度改變而變化的關系并繪制了仿真曲線圖。隨著波浪能開發(fā)技術日益成熟和壓電材料進一步發(fā)展，波浪壓電發(fā)電技術輸出電能可以實現為航標等海洋無線傳感網