收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

离岸式振荡水柱三维模型结构优化与压电发电研究

王国全  
【摘要】:振荡水柱式波浪能发电装置的传统研究结构主要由气室采集波浪动能,并将其转化为空气动能来带动透平发电机输出电能,机械设备结构复杂,易受海水腐蚀导致设备寿命较短,不适宜为海洋网络传感器提供持续有效的供能。在传统振荡水柱波浪能发电研究基础上提出一种基于压电陶瓷晶片来输出电能的离岸式振荡水柱波浪能发电装置,振荡水柱气室采集波浪能量,由气室将波浪动能转换为空气动能来驱动压电陶瓷晶片形变发电,输出的电能直接为海洋浮标灯和无线传感器等小型装置供电。压电振子受到空气的软驱动作用力避免了刚性接触的冲击导致的碎裂,新的换能形式结构简单,利用波浪能持续不断的为海洋无线传感器等装置进行供电。波能初级换能装置即振荡水柱式波浪能采集部分研究,应用计算流体力学软件(CFD)对三维水槽模型进行混合网格划分,FLUENT软件中采用明渠造波法进行模拟造波,应用VOF模型监测水槽内的水动力学运动过程。研究前墙入水深度、入射波高等因素对气室输出能量的影响,对比分析方形和圆柱形前后壁对称与不对称四种OWC气室结构模型,以Navier-Stokes方程求解气液两相流体混合物,获得前后壁不对称方形气室会在气室吸气状态出现最高输出压强2172 Pa。研究单气室、串联双气室和串联三气室采集一个波浪周期输出的空气质量流量,综合考虑设备搭建及输出效率确定串联双气室为最优输出模型,设计串联双气室结合压电陶瓷晶片作为振荡水柱式压电发电装置结构模型。波能次级换能装置即波浪能驱动压电发电研究,总结压电陶瓷晶片的激励方式,以机械条件和边界条件组合求解的四类压电方程,对固支边界条件的压电晶片进行理论分析获得其中心点形变值。应用APDL软件编写压电晶片模拟仿真分析过程,固支边界条件下对圆形压电振子施加变载力,采用矩阵转换公式将四种压电材料基本参数转换为APDL可识别的计算机数据,对比获得PZT-5A压电材料输出电能达1.1V,以PZT-5A为研究对象对压电晶片的厚度、堆叠层数及金属基板材料等影响能量输出的因素进行模拟分析,结果表明压电晶片厚度1.2mm、堆叠层数5层时输出1.36V电压;铝(Al)基板材料输出能量较为明显,为单晶压电片的5.5倍。采用激振实验模拟气流对压电晶片的冲击作用实验,验证仿真模拟压电晶片的输出能量的结果,测定激振频率和匹配阻抗等因素对输出电压的影响,结果表明基板直径增大的压电振子输出电压也增大,受外界条件的影响输出能量相对更稳定。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前19条
1 林玲;刘辉;;压电发电技术研究应用[J];硅谷;2008年14期
2 朱石沙;;压电俘能技术的基本原理与类型[J];数字化用户;2013年12期
3 胡柳;何元庭;吴婷;邓任华;朱本仁;;压电发电技术的现状及展望[J];绿色科技;2010年10期
4 闫世伟;杨志刚;;收集人体动能的压电俘能器研究[J];压电与声光;2015年05期
5 朱奕蔓;张光斌;贺西平;李珺;;压电变压器的原理、研究及应用[J];物理;2008年08期
6 吴昱廷;黄华林;徐俊;史翔;魏晓勇;;压电主动控制在减振和降噪中的应用[J];压电与声光;2011年03期
7 李正安;张飞军;徐广彬;;压电技术在步行集能中的应用[J];交通建设与管理;2021年03期
8 魏双会;褚金奎;杜小振;;压电发电器建模研究[J];传感器与微系统;2008年06期
9 汪红兵;孙春华;;一种冲击式悬臂梁压电俘能器的设计与实验[J];压电与声光;2017年03期
10 赵燕;杨隆;李天鹏;;压电发电系统负载特性研究[J];武汉理工大学学报(信息与管理工程版);2015年03期
11 阚君武;张肖逸;王淑云;汪彬;沈亚林;杨灿;傅青青;;直激式压电风能捕获器的性能分析与实验[J];光学精密工程;2016年05期
12 全晓春;;基于压电效应的压电膜发电产品的研究[J];甘肃科技;2015年20期
13 苏江;杨志刚;田丰君;沈燕虎;;惯性式压电振动送料器[J];农业机械学报;2013年08期
14 李婷;傅波;;压电阀的发展及应用[J];流体传动与控制;2009年06期
15 柯汉生;;压电勘探法[J];国外地质勘探技术;1986年03期
16 ;《压电与声光》2020年第42卷总索引[J];压电与声光;2020年06期
17 钟盛辉;王登攀;;压电阀在阀门定位器中应用及关键技术分析[J];电气防爆;2020年06期
18 ;《压电与声光》免费索阅卡[J];压电与声光;2021年01期
19 李莉;林杉杉;王永耀;于慧慧;王军;;基于涡致振动的压电俘能技术研究进展[J];电子元件与材料;2021年03期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 余莲英;冯晓斌;秦太验;;压电双材料裂纹问题的奇异积分方程方法[A];第十八届全国疲劳与断裂学术会议论文摘要集[C];2016年
2 韩邦成;程光明;吴博达;曾平;杨志刚;吴献威;;压电多自由度马达研究[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(上册)[C];2001年
3 陈永超;高敏;俞卫博;;压电发电技术发展及其在引信中的应用探索[A];第八届中国功能材料及其应用学术会议摘要[C];2013年
4 胡洪平;王海仁;薛欢;蒋树农;胡元太;;压电俘能器整流界面两端非线性耦合作用实验研究[A];Proceedings of the 2010 Symposium on Piezoelectricity,Acoustic Waves and Device Applications[C];2010年
5 富东慧;侯振德;秦庆华;;骨压电电压的松弛规律[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
6 方岱宁;;压电与铁电材料的本构关系研究进展[A];材料科学与工程技术——中国科协第三届青年学术年会论文集[C];1998年
7 刘淑彦;姚明辉;张伟;;压电能源采集器中悬臂梁结构的非线性振动研究[A];第九届全国动力学与控制学术会议会议手册[C];2012年
8 富东慧;侯振德;秦庆华;卢晨霞;;骨压电电压信号测试中的技术问题[A];第十二届全国实验力学学术会议论文摘要集[C];2009年
9 陈丽华;马叶朋;张伟;;双稳态压电俘能器板的非线性动力学研究[A];第十四届全国非线性振动暨第十一届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集与会议议程[C];2013年
10 吴鹏;曹东兴;;基于屈曲梁的压电振动俘能器的力学分析[A];第三届海峡两岸动力学、振动与控制学术会议论文摘要集[C];2013年
11 刘阳;罗奇;孙科;陶孟伦;陈定方;;双晶压电悬臂梁电荷输出特性实验研究[A];湖北省机械工程学会机械设计与传动专业委员会暨武汉市机械设计与传动学会第22届学术年会论文集[C];2014年
12 程若然;张春利;陈伟球;杨嘉实;;基于温度调控的压电半导体复合纤维的压电电子学效应分析[A];2018年全国固体力学学术会议摘要集(下)[C];2018年
13 蒋树农;;双层PVDF薄膜压电俘能器的效能分析[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
14 杨淋;丁庆军;赵淳生;;基于逆压电效应的压电钻[A];第三届全国压电和声波理论及器件技术研讨会论文集[C];2008年
15 陈怡儒;闫卫平;李鑫;徐迎华;;并联无阀压电微泵的仿真与实验研究[A];第七届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2009年
16 段吉栋;何远航;;压电蜂窝结构振动控制研究[A];北京力学会第20届学术年会论文集[C];2014年
17 刘阳;罗齐;孙科;陶孟伦;陈定方;;双晶压电悬臂梁电荷输出特性实验研究[A];发展战略性新兴产业,助推新能源装备制造——2014年第四届全国地方机械工程学会学术年会暨新能源装备制造发展论坛论文集[C];2014年
18 王海宁;崔大付;耿兆新;刘长春;陈兴;;一种无阀压电微泵的研究[A];第三届全国微全分析系统学术会议论文集[C];2005年
19 孙鹏博;雷钧;张传增;;库仑力对压电裂纹动静态断裂参数的影响[A];第十八届全国疲劳与断裂学术会议论文摘要集[C];2016年
20 刘慧生;张运强;崔斌;莫喜平;李英明;;压电弯曲棒多边形低频换能器有限元仿真[A];中国声学学会水声学分会2015年学术会议论文集[C];2015年
中国博士学位论文全文数据库 前20条
1 闫世伟;胎压报警器用压电供电系统设计与实验研究[D];吉林大学;2010年
2 范尊强;新型压电送料器的研究[D];吉林大学;2008年
3 李映平;引信压电发电机原理及试验研究[D];南京理工大学;2006年
4 谢海峰;压电共振型隔膜泵的设计理论与试验研究[D];吉林大学;2013年
5 张光杰;柔性复合压电纳米发电机的性能优化与应用研究[D];北京科技大学;2017年
6 富东慧;骨压电电压信号特征的实验研究[D];天津大学;2008年
7 胡洪平;低频压电俘能器研究[D];华中科技大学;2006年
8 沈燕虎;基于垂直驱动的压电振动送料器结构设计分析与试验研究[D];吉林大学;2014年
9 闫震;提高压电振动发电机发电能力的理论及关键技术研究[D];华北电力大学;2012年
10 薛欢;压电俘能/储能系统的非线性动力学行为分析与优化[D];华中科技大学;2008年
11 陈奕声;路面车致变形的压电俘能机理研究[D];浙江大学;2016年
12 周茂瑛;一种基于压电振动的微型旋转马达研究[D];浙江大学;2016年
13 王海仁;压电复合结构的非线性多场耦合作用分析及压电俘能器实验研究[D];华中科技大学;2013年
14 蒋树农;压电俘能器和变压器的结构优化设计[D];中南大学;2010年
15 潘巧生;基于偏心轮受迫振动的压电马达研究[D];中国科学技术大学;2016年
16 李双蓓;压电智能结构分析的新方法研究及其应用[D];广西大学;2012年
17 凡木文;高性能压电波前校正器高压驱动技术研究[D];中国科学院研究生院(光电技术研究所);2016年
18 张礼华;压电纤维微驱动器的基础研究及其应用[D];江苏大学;2015年
19 王建军;层状压电复合结构的动力特性研究[D];北京交通大学;2016年
20 郭彤;基于钹形压电复合驱动的微小管内机器人技术研究[D];浙江大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 王国全;离岸式振荡水柱三维模型结构优化与压电发电研究[D];山东科技大学;2019年
2 陈军;基于ANSYS的压电俘能器的优化设计研究[D];武汉理工大学;2012年
3 赵岩;基于涡激升频的振荡水柱压电发电技术研究[D];山东科技大学;2020年
4 房目稳;压电俘能器俘能性能数学建模及仿真分析[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 宁玉怀;压电发电的能量转换及存储技术研究[D];中南大学;2010年
6 徐海龙;流体耦合式压电振动俘能器的设计与试验研究[D];浙江师范大学;2014年
7 郭彬;宽带旋转运动非线性压电俘能理论与实验研究[D];国防科学技术大学;2014年
8 李天鹏;压电发电系统负载特性研究[D];武汉理工大学;2014年
9 商程宇;一种新型分体式压电俘能器研究[D];北京交通大学;2016年
10 王志彬;固支梁压电俘能器宽频规划及其仿真与实验研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
11 张存燕;基于合成喷原理的压电反推喷流泵的研究[D];吉林大学;2008年
12 杨航;基于多物理场耦合的附壁射流无阀压电微泵的计算与分析[D];江苏大学;2020年
13 佟刚;压电发电及自供能装置的研究[D];吉林大学;2007年
14 康辉;涡激压电-电磁复合发电波浪能采集技术研究[D];山东科技大学;2020年
15 张俊;压电/电解质复合压电化学效应的研究[D];浙江师范大学;2013年
16 王丹;压电机敏模块参数测试及其虚拟仪器系统[D];重庆大学;2006年
17 刘勇;电流变液压电叠堆泵驱动理论及实验研究[D];吉林大学;2008年
18 罗洪波;压电发电在汽车轮胎报警器上的应用基础研究[D];吉林大学;2008年
19 孙绍安;多种空间结构压电装置发电特性对比分析与研究[D];辽宁工程技术大学;2020年
20 张学敏;双质量悬臂梁式可调频压电俘能器[D];北京交通大学;2016年
中国重要报纸全文数据库 前18条
1 本报记者 李惠钰;PAN为高性能压电聚合材料提供新思路[N];中国科学报;2019年
2 记者王华楠;我国研发成功压电精密驱动技术[N];中国技术市场报;2010年
3 麦姆斯咨询CEO 王懿;MEMS应用需求各异 压电MEMS开辟新疆域[N];中国电子报;2019年
4 冯继文 编译;压电能源闪光灯[N];电子报;2009年
5 亚宣;微压电喷嘴保证精确打印[N];光明日报;2002年
6 记者 冯竞;重庆大学制出新型压电生物芯片[N];科技日报;2001年
7 王文岩;发展压电水晶深加工的探索[N];连云港日报;2005年
8 姚学文 李璀 叶乐;姚守拙:压电液相振荡理论的开拓者[N];湖南经济报;2006年
9 记者 李大庆 通讯员 曾光强;超薄压电材料制备成功[N];科技日报;2016年
10 张巍巍;压电—光电效应可将LED效能提升4倍[N];科技日报;2011年
11 本报记者 任成琦;台保钓船队与日舰喷水柱对垒[N];人民日报海外版;2012年
12 冯秀娟 记者 史玉成;我国压电功能材料质量评价不再受制于人[N];中国质量报;2016年
13 本报记者 刘璃瓦 何建成;金顺:载梦起飞[N];铜仁日报;2012年
14 本报记者  姚学文 通讯员  李璀 实习生 叶乐;姚守拙:压电液相振荡理论的开拓者[N];湖南日报;2006年
15 记者 林艳兴 郭远明;赣州会昌:巨响后,农田坍塌突喷水柱[N];新华每日电讯;2010年
16 江苏 崔恩仲;对汽车收放机降压电路的再改进[N];电子报;2006年
17 本报记者 赵士振 通讯员 冯靖媛;压电宽频加速度检波器获青睐[N];中国石化报;2016年
18 河北 罗相昆;汽车收放机降压电路的改进[N];电子报;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978