基于柔性壓電材料的流致振動俘能特性研究.pdf

1、自然界中運動的流體的無處不在,因此如何將風能、水能、潮汐等流體動能轉(zhuǎn)化電能是一項很有意義的研究。壓電材料因其機械形變能產(chǎn)生電能,可以用來制作俘能器將流體的動能轉(zhuǎn)化成電能。由于流致振動壓電俘能技術(shù)同時涉及到流體、固體、電學等三個方面,因此本文建立了流體-固體-電學三物理場耦合數(shù)學模型,并分析了壓電振子的在流體中的振動和俘能特性。
　　本文根據(jù)計算流體力學理論、格子-波爾茲曼理論、沉浸邊界理論、振動理論、歐拉伯努利梁理論和壓電學理論等

2、相關(guān)知識,建立了流體-固體-電學三物理場二維耦合數(shù)學模型。并分別以靜圓柱繞流、單壓電振子振動和俘能等三個方面的分析計算結(jié)果,與經(jīng)典文獻的計算結(jié)果進行比較,驗證了所建立的數(shù)學模型的正確性。
　　基于本文建立的流體-固體-電學數(shù)學模型,計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度、厚度和流體流速對壓電振子的振動和俘能的影響。
　　針對壓電振子的高階模態(tài),為了提高其俘能能力,本文提出了沿長度

3、方向上對壓電振子進行電極配置的方式以適應不同流場流速下的不同模態(tài)。分析了不同壓電振子長度、厚度和流體流速作用下的分段節(jié)點數(shù)目和位置,并對配置連續(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。
　　考慮到多個壓電振子在流場中的振動耦合作用,本文分別分析了雙壓電振子在串行、并行、交錯排列方式下的耦合振動和俘能規(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