波浪驅(qū)動壓電發(fā)電技術(shù)理論研究.pdf

1、傳統(tǒng)海洋無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點主要是利用電池供能，當(dāng)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(chǎn)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(biāo)等海洋無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點供能是一個新的研究方向。
　　本文設(shè)計出一種新型浮標(biāo)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(jī)構(gòu)，然后結(jié)合微幅波理論、弗汝德-克雷洛夫假定法以及壓電效應(yīng)理論計算推導(dǎo)出在波浪力作用下壓電疊堆輸出負(fù)載電壓曲線。在海水深度5m，浪高0.1m

2、，波數(shù)為0.64的海洋環(huán)境中，取垂直繞射系數(shù)1.1，設(shè)計浮體直徑2m，計算分析浮標(biāo)獲得最大波浪力1500N，比較分析了串聯(lián)和并聯(lián)兩種安裝模式的壓電疊堆發(fā)電產(chǎn)生的電壓曲線，并聯(lián)壓電疊堆輸出功率達(dá)到53.7μW，可以實現(xiàn)為海洋監(jiān)測無線傳感網(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)換主要結(jié)構(gòu)氣室能將入射波能轉(zhuǎn)換為空氣往復(fù)振蕩的動能進(jìn)而完成能量一次轉(zhuǎn)換，該過程的氣室壓強(qiáng)研究對發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計具有重要意義。因此針對“引浪板”和“引

3、浪通道”的三維側(cè)向開口固定式振蕩水柱波能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，采用三維Green函數(shù)法建立了氣室內(nèi)水氣動力學(xué)性能的壓縮空氣壓強(qiáng)理論計算模型。計算時為了滿足壓強(qiáng)與速度連續(xù)條件，響應(yīng)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(shù)，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(jié)果不僅表明所用方法快速準(zhǔn)確，而且可以預(yù)測振蕩水柱波能發(fā)電系統(tǒng)性能及進(jìn)一步研究類似問題。
　　振蕩水柱式壓電發(fā)電技術(shù)工

4、作原理首先利用氣室將波浪能轉(zhuǎn)換為空氣流的能量，其次空氣壓強(qiáng)作用于具有壓電效應(yīng)的復(fù)合壓電圓盤，使其發(fā)生彈性形變進(jìn)而輸出電能。在第三章中已經(jīng)分析計算得到空氣室中最大壓強(qiáng)為0.254pa，將此壓強(qiáng)作用于d31和d33模式的五種復(fù)合壓電圓盤，最后分別研究計算了五種復(fù)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(guān)系并繪制了仿真曲線圖。隨著波浪能開發(fā)技術(shù)日益成熟和壓電材料進(jìn)一步發(fā)展，波浪壓電發(fā)電技術(shù)輸出電能可以實現(xiàn)為航標(biāo)等海洋無線傳感網(wǎng)