基于鈍體繞流的壓電發(fā)電模型研究.pdf

1、海洋環(huán)境監(jiān)測是人類進(jìn)行海洋資源開發(fā)、利用和保護(hù)的基本手段。當(dāng)代海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展密切相關(guān)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種新興的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測和保護(hù)、醫(yī)療與護(hù)理、軍事、工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)不需要基站，成本低廉，并且可以通過密集部署傳感器實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)的同時(shí)監(jiān)測。因此，對于海洋環(huán)境監(jiān)測而言有著獨(dú)特的優(yōu)勢。
　　針對用于海洋環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作環(huán)境，本文提出了一種基于鈍體繞流的壓電發(fā)電技

2、術(shù)用來給傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)供電。該壓電發(fā)電機(jī)被放置在海流環(huán)境中，將鈍體尾流中的游離漩渦作為整個(gè)裝置的激振力，它能夠采集流動(dòng)媒介中的動(dòng)能，并且將其直接轉(zhuǎn)換成電能，從而實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電能自供給。
　　文章首先設(shè)計(jì)了一種可用于海流環(huán)境能量采集的基于鈍體繞流的壓電發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)由鈍體結(jié)構(gòu)、壓電柔性體以及外圍電路三個(gè)部分構(gòu)成。設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于對該壓電發(fā)電機(jī)激振力的研究。本文選取圓柱作為鈍體對象，分析了流體力學(xué)中的典型現(xiàn)象——圓柱繞流及

3、其形成的渦流場特性，并且研究了壓電換能器的相關(guān)理論。
　　其次，文章根據(jù)流固耦合動(dòng)力學(xué)、壓電材料的機(jī)電耦合相關(guān)理論以及基本的電路知識，分別對流固耦合和機(jī)電耦合兩個(gè)部分進(jìn)行分析求解，建立了基于鈍體繞流的壓電發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。
　　同時(shí)，文章根據(jù)對基于鈍體繞流的壓電發(fā)電機(jī)的理論分析，利用ANSYS軟件中的Fluent單元和Mechanical APDL單元分別對流固耦合場、機(jī)電耦合場進(jìn)行建模求解，最終得到了壓電發(fā)電機(jī)的開路電壓和