涡流场中压电梁俘能的仿真和实验研究

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自然界中,流动的流体蕴含着巨大的能量,当流体作用于压电装置时,激励压电装置振动将流体的动能转化成为电能,可为微电子设备供电。在层流场中,水流激励作用小,压电俘能转化效率低,将压电装置置于涡街流场中,可提高其俘能转化效率。  本文结合计算流体力学,压电学等相关知识,采用仿真与实验相结合的研究思路,分析了压电梁在涡流场中的俘能情况。具体工作如下:  首先利用Fluent流场分析软件建立流场运动模型,分析了涡街流场的分布情况,并分析了流场流速和圆柱直径对涡街脱落的影响。利用Comsol Multiphysics14.0建立流体-固体耦合物理场模型,实现了压电振子在流场中振动产生变形。  利用ComsolMultiphysics14.0建立流体-固体-电学三物理场模型。针对压电设备输出的电压信号进行特征值提取,分别知道电压峰值、电压有效值和电压信号主要频率成分,并对电压信号进行滤波处理,滤除信号中的高频成分而保有低频成分。分析圆柱直径、流场流速和压电梁长度对压电发电的影响情况。发现随着圆柱直径和流速的增大,输出电压增大。随着压电振子长度的增大,输出电压先增大后减小。  用铜片和压电陶瓷制备实验所需材料,解决压电梁在水中的防水绝缘问题。通过仿真和实验分析了流场参数中的圆柱直径、流场流速和压电梁长度对压电振子俘能的影响。
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