流致涡激振动压电发电风能采集技术模拟研究

作     者：杜小振 P.A.Mbango-Ngoma 常恒 张咪 王宇 DU Xiaozhen;Mbango-Ngoma;P.A.CHANG Heng;ZHANG Mi;WANG Yu

作者机构：山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266590 

出 版 物：《振动与冲击》 (Journal of Vibration and Shock)

年 卷 期：2022年第41卷第23期

页      面：168-174,200页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：山东省自然科学基金资助项目(ZR2021ME111 ZR2016EEM23)。 

主　　题：风能 涡激振动(VIV) 压电能采集 聚偏氟乙烯(PVDF) 自供能 

摘      要：为了实现风能驱动压电能量采集器振动发电,给野外生态环境检测传感器长期供能。研究流致涡激振动将层流风能转换为高频振动,提高压电发电效率。基于ANSYS软件流场分析的CFD数值仿真分析软件建立涡激振动尾流区域流场压电俘能发电模型。设置多个流场激振特性监测点,分析流经钝体产生的涡街脱落尾流区空气压强,模拟波动气压驱动压电振动发电输出特性。采用三种钝体结构分析不同风速作用下钝体尾流区域漩涡脱落特性,研究钝体尾流区压力变化情况,优化系统气流动态特性,获取最佳能量采集区域。将涡激振动引起的波动空气流场与聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride, PVDF)压电薄膜结构结合,分析流致涡激压电薄膜振动变形特性与和输出电能。结果表明:尾流区域各点振动强度存在较大差别;风速增加,涡激振动频率增显著加;三角形钝体尾流区涡激振动强度较高,压电发电输出能量提高。