基于柔性壓電材料的流致振動(dòng)俘能特性研究.pdf

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

2、相關(guān)知識(shí),建立了流體-固體-電學(xué)三物理場(chǎng)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(dòng)和俘能等三個(gè)方面的分析計(jì)算結(jié)果,與經(jīng)典文獻(xiàn)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較,驗(yàn)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(jì)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(zhǎng)度、厚度和流體流速對(duì)壓電振子的振動(dòng)和俘能的影響。
　　針對(duì)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(zhǎng)度

3、方向上對(duì)壓電振子進(jìn)行電極配置的方式以適應(yīng)不同流場(chǎng)流速下的不同模態(tài)。分析了不同壓電振子長(zhǎng)度、厚度和流體流速作用下的分段節(jié)點(diǎn)數(shù)目和位置,并對(duì)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(dòng)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(gè)壓電振子在流場(chǎng)中的振動(dòng)耦合作用,本文分別分析了雙壓電振子在串行、并行、交錯(cuò)排列方式下的耦合振動(dòng)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(dòng)