柔性壓電振子水下俘能特性研究.pdf

1、自然界中，流體的流動(dòng)蘊(yùn)含著豐富的能量，我們已經(jīng)可以利用風(fēng)機(jī)將風(fēng)能、建立水電站將水能轉(zhuǎn)化為電能為生產(chǎn)、生活所利用。流體作用于壓電材料時(shí)，能夠使其產(chǎn)生振動(dòng)進(jìn)而可以將流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，因此，基于壓電材料的流致振動(dòng)俘能技術(shù)逐漸成為研究的熱點(diǎn)。近些年來，隨著柔性壓電材料的發(fā)展，作為一種新型壓電材料，其在流致振動(dòng)俘能技術(shù)研究中得到了廣泛的應(yīng)用。在平緩的水流中，柔性壓電材料變形較小，而在渦流場(chǎng)中，柔性壓電材料受到旋渦的作用，相比于平緩的流場(chǎng)中更易

2、產(chǎn)生機(jī)械變形，能量轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較高。因此，柔性壓電材料在渦流場(chǎng)中的俘能特性具有較高的研究?jī)r(jià)值。
　　本文結(jié)合圓柱繞流原理、渦運(yùn)動(dòng)理論、振動(dòng)理論以及壓電學(xué)理論等相關(guān)知識(shí)，以柔性壓電材料（壓電纖維復(fù)合材料——Macro Fiber Composite）為對(duì)象，研究了其在渦流場(chǎng)中的俘能特性。全文的主要工作有以下幾方面。
　　應(yīng)用圓柱繞流原理和渦運(yùn)動(dòng)理論，分析了壓電振子在渦流場(chǎng)中的受力情況?；诹涸谝后w中振動(dòng)的相關(guān)理論，得到了流體對(duì)

3、于壓電振子擺動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的附加質(zhì)量和流體阻尼。在此基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的彈簧-質(zhì)量-阻尼系統(tǒng)，建立了柔性壓電振子水下俘能系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。
　　在建立的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，從水流速度、作用于流場(chǎng)的繞流圓柱直徑以及壓電振子的尺寸等三方面分析了壓電振子在渦流場(chǎng)中的受力和俘能情況。分析發(fā)現(xiàn)，隨著水流速度和繞流圓柱直徑的增大，壓電振子俘能能力會(huì)隨之提高，而且水流速度對(duì)于渦流場(chǎng)和壓電振子俘能能力的影響要強(qiáng)于繞流圓柱直徑對(duì)兩者的影響。此外，壓電振