钝体表面附着物对低速水流压电俘能器性能影响研究

摘要：

低速水流能可作为可再生能源的重要补充,适用于低速水流能开发的压电俘能器已在流场中表现出了优异的性能.而在钝体的表面增加附着物可影响压电俘能器的能量转换.通过改变附着物的形状、凸起高度和凹陷深度探究其对驰振式压电俘能器输出特性的影响.利用拓展的哈密顿原理建立俘能器的机械控制方程,引入高斯定理建立电场-位移控制方程,并基于准稳态假设计算驰振的水动力及力矩,进而得到压电俘能器机电耦合分段参数模型.用伽辽金法离散悬臂梁的位移,并在此基础上解耦控制方程,从而得到输出功率及悬臂梁位移近似解.通过水槽实验获得压电俘能器输出功率的实验值,并验证了数学模型的准确性.结果表明:0.51 m/s流速下,-2 mm椭球型凸起的压电俘能器RMS功率为 1.411 mW,与无附着物的椭圆柱相比增幅为 69.88%;当钝体包裹 6 mm凸起的圆柱型附着物时,悬臂梁末端的振幅为 3.07 mm,相比于无附着物的情况降低了 84.83%.三维数值模拟的结果表明凸起、凹陷为 2 mm附着物的应用会使在钝体上形成的压差升高,进而加剧流致振动,且会影响从钝体两侧脱落涡的大小及强度.

关键词：低速水流能、附着物、压电俘能器、分段参数模型、驰振

所属期刊栏目：55

分类号：TN712+.5(基本电子电路)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金

在线出版日期：2023-08-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：1463-1472