【摘 要】
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为提高压电风能捕获器的可靠性、环境适应性及发电能力,满足无线传感监测系统的自供电需求,提出一种基于组合钝体的驰振式压电风能捕获器,其采用顺流激励钝体的方式,提高了风能捕获器的可靠性和环境适应性,并通过改变扰流板尺寸和位置来调节风能捕获器的发电特性,该捕获器具有风速适应范围广、发电能力强等优势。从理论和试验两方面对风能捕获器进行了深入的研究,获得了影响其动力学响应特性的关键要素以及这些关键要素对风能
【基金项目】
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国家自然科学基金项目,多场耦合间接/单向激励的复合双稳态多自由度压电河流俘能器研究（项目编号:52077201）,基于组合换能器的磁力耦合辅助激励式压电振动发电机研究（项目编号:51877199）； 浙江省重点研发计划项目,智能传感、柔性显示材料与器件研发与应用-压电智能传感/驱动器件的关键技术研发与应用（项目编号:2021C01181）；
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为提高压电风能捕获器的可靠性、环境适应性及发电能力,满足无线传感监测系统的自供电需求,提出一种基于组合钝体的驰振式压电风能捕获器,其采用顺流激励钝体的方式,提高了风能捕获器的可靠性和环境适应性,并通过改变扰流板尺寸和位置来调节风能捕获器的发电特性,该捕获器具有风速适应范围广、发电能力强等优势。从理论和试验两方面对风能捕获器进行了深入的研究,获得了影响其动力学响应特性的关键要素以及这些关键要素对风能捕获器输出性能的影响规律。具体研究内容如下:1.介绍了风能捕获器结构及工作原理,建立了不同形状钝体（正方形、圆形、顺/逆半圆形及顺/逆正三角形）的流固耦合模型。通过仿真获得了钝体的结构尺寸对其流固耦合特性的影响规律,经对比分析选择了圆柱形动钝体用于后续仿真分析与试验样机的设计。2.建立了风能捕获器的动力学模型,由此确定了影响其输出性能的关键要素。给出了风能捕获器的COMSOL“流-固-电”多物理场耦合仿真模型,仿真分析了间径比、宽径比及长度比等结构参数对风能捕获器发电性能的影响规律。3.设计制作了试验样机并进行了试验测试,研究了有无上下挡板两种情况下间径比、宽径比及长度比等结构参数对风能捕获器输出特性的影响规律。在此基础上,利用具有较优结构参数的试验样机进行了负载驱动试验,获得了负载电阻对风能捕获器输出功率特性的影响规律以及LED灯的实际驱动效果。试验结果表明:扰流板可以起到促进或抑制动钝体振动的作用。当间径比为0.75、宽径比为1、长度比为0.55及风速为16 m/s,存在最优的负载电阻100 kΩ使风能捕获器的输出功率达到最大,最大输出功率为0.42 m W;实际测试时输出功率最大时可点亮20盏串联的LED灯,验证了风能捕获器的实用性。
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