微小型压电式风能收集器的设计与研究

【摘要】：微小型压电式风能收集技术是微能源领域中新的研究方向,为微小型低功耗器件的供电提供了一种新的思路和方法,具有巨大的应用潜力和研究价值。但是现有的微小型压电式风能收集器结构复杂、输出电压低、功率密度小、能量收集效率低。为了克服现有的压电式风能收集器存在的问题,基于压电原理和风致振动机理,在尾迹振动、涡激振动、驰振三种单自由度风能收集器结构的基础上,本文提出了两种新型的两自由度微小型压电式风能收集器,即驰振-尾迹风能收集器和驰振-涡激结构耦合风能收集器,它们均可应用于低风速环境中,能够充分利用尾流中的卡门涡街,具有结构简单、紧凑,易于实现等优点。并对两种新型的两自由度收集器建立了理论模型,进行了模拟仿真和理论分析。搭建了实验平台,加工制作了尾迹振动、涡激振动、驰振、驰振-尾迹、驰振-涡激结构耦合这五种结构的收集器样机,并对样机进行了实验测试。最后主要从风速、质量块面积、内梁长度三个方面对这五种结构的风能收集器输出电压的影响进行了对比研究。系统的实验结果和综合分析表明:在单自由度风能收集器中,涡激振动风能收集器的输出电压高于尾迹振动风能收集器;新提出的两种两自由度风能收集器(驰振-尾迹收集器和驰振-涡激结构耦合收集器)与三种单自由度风能收集器(尾迹振动收集器、涡激振动收集器、驰振收集器)相比较,明显提高了输出电压;在两种新型的两自由度收集器中,驰振-涡激结构耦合收集器的输出电压又高于驰振-尾迹收集器,因而是这五种风能收集器中性能最好的。此外,研究结果也表明当外梁长度一定时,通过调节内梁长度及其末端质量块的面积可以更进一步提高两种两自由度收集器结构整体的输出电压。 【关键词】：风能收集 压电 风致振动 两自由度
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 符号对照表12-17
• 第一章 绪论17-25
• 1.1 研究背景及意义17-18
• 1.2 微小型风能收集器的研究现状18-23
• 1.2.1 涡轮式微小型风能收集器18-20
• 1.2.2 风致振动式微小型风能收集器20-23
• 1.3 本文研究目的和内容23-24
• 1.4 本章小结24-25
• 第二章 压电式风能收集器的基本理论25-35
• 2.1 压电材料25-29
• 2.1.1 压电效应25-27
• 2.1.2 压电参数27-29
• 2.1.3 压电方程29
• 2.2 压电悬臂梁29-33
• 2.2.1.压电悬臂梁的工作模式30-31
• 2.2.2 压电悬臂梁的连接方式31-32
• 2.2.3 压电悬臂梁的等效电路32-33
• 2.3 风致振动的分类33-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第三章 三种单自由度压电式风能收集器35-49
• 3.1 实验平台介绍35-36
• 3.2 尾迹振动压电式风能收集器36-39
• 3.2.1 结构与工作原理介绍36-37
• 3.2.2 风速对输出电压的影响37-38
• 3.2.3 质量块的面积对输出电压的影响38-39
• 3.3 涡激振动压电式风能收集器39-42
• 3.3.1 结构与工作原理介绍39-40
• 3.3.2 风速对输出电压的影响40-41
• 3.3.3 质量块的面积对输出电压的影响41-42
• 3.4 驰振压电式风能收集器42-48
• 3.4.1 结构与工作原理介绍42-43
• 3.4.2 理论建模43-44
• 3.4.3 风速对输出电压的影响44-47
• 3.4.4 阻流体的特征面积对输出电压的影响47-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 驰振-尾迹两自由度压电式风能收集器49-59
• 4.1 结构与工作原理介绍49-50
• 4.2 理论建模50-51
• 4.3 风速对输出电压的影响51-53
• 4.4 质量块的面积对输出电压的影响53-56
• 4.5 内梁的长度对输出电压的影响56-58
• 4.6 本章小结58-59
• 第五章 驰振-涡激结构耦合两自由度压电式风能收集器59-71
• 5.1 结构与工作原理介绍59-60
• 5.2 理论建模60-62
• 5.3 风速对输出电压的影响62-64
• 5.4 质量块的面积对输出电压的影响64-67
• 5.5 内梁的长度对输出电压的影响67-69
• 5.6 本章小结69-71
• 第六章 几种压电式风能收集器性能的比较研究71-81
• 6.1 风速对输出电压的影响对比研究71-75
• 6.1.1 尾迹振动与涡激振动风能收集器的电压对比71-72
• 6.1.2 尾迹振动与驰振-尾迹风能收集器的内梁电压对比72-73
• 6.1.3 涡激振动与驰振-涡激结构耦合风能收集器内梁电压对比73
• 6.1.4 两种两自由度风能收集器的内梁电压对比73-74
• 6.1.5 驰振结构与两种两自由度风能收集器的外梁电压对比74-75
• 6.2 质量块的面积对输出电压的影响对比研究75-79
• 6.2.1 尾迹振动与涡激振动风能收集器的电压对比75-76
• 6.2.2 尾迹振动与驰振-尾迹风能收集器的内梁电压对比76-77
• 6.2.3 涡激振动与驰振-涡激结构耦合风能收集器内梁电压对比77
• 6.2.4 两种两自由度风能收集器的内梁电压对比77-78
• 6.2.5 两种两自由度风能收集器的外梁电压对比78-79
• 6.3 内梁的长度对输出电压的影响对比研究79-80
• 6.3.1 两种两自由度风能收集器的内梁电压对比79
• 6.3.2 两种两自由度风能收集器的外梁电压对比79-80
• 6.4 本章小结80-81
• 第七章 总结与展望81-83
• 7.1 工作总结81-82
• 7.2 工作展望82-83
• 参考文献83-89
• 致谢89-91
• 作者简介91-92

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

蔗渣锅炉飞灰收集器    B.W.Flood氏;R.Frew氏;吴宝琳;

辐射能收集器    林蓉薇;

空气水分子收集器    

便利式锐器收集器及固定架的研制及应用    邵海燕;于爱玉;程玉静;邢玉珍;朱洪英;

部分收集器模控电路    赵其昆;

液相色谱馏份收集器    陈瑶璧;徐玉生;

流速泥沙收集器水力实验    曹捍;

室内氡气测量用的经改进的钝化活性炭收集器    高立;

智能部分收集器的研制    于敏,赵秋生

WⅢ型离子交换部份收集器    朱天侠,杨雪峰

细胞收集器的发明与专利申请(外省投稿)    李庆选;杨勇;董淑慧;班新超;林红英;徐美林;罗彦英;

一种带垃圾收集器混凝土搅拌运输车    贾腾飞;刘春霞;苏勇;

微型压电能量收集器的研究现状和发展趋势    陈定方;孙科;李立杰;杨艳芳;梅杰;

偏压电荷收集器设计    段晓礁;

高炉喷煤煤粉收集器布袋维护新方法的应用    施宏;侯占武;栗建兵;

英国致力于“能源收集器”的研究    王河晖

巴专家解决柚木育种问题    记者 张新生

双脚动动就能发电，新招    张巍巍

英开发将日常活动转为电力的技术    记者 张巍巍

战场饮水试用露水收集器    丛纬义 张鸿川 本报特约通讯员 王文锥

航星GZZ(GDZ)-D系列 自动烘干机的维护与故障排除    吉林 金克华

一声长叹入大漠    张孟军

垃圾桶变魔术 能屈能伸    本报实习记者 缪琴

对于一种压电晶体能量收集器的非线性分析    赵茗菲

基于低频环境振动驱动的微型压电式能量收集器的结构研究    征琦

非对称双空间垃圾收集器    陈豪

微小型压电式风能收集器的设计与研究    车晓寰

基于柔性衬底的压电式MEMS传感/能量收集器研究    祁利辉

集群信息收集器的设计研究    姜文鑫