流體耦合式壓電發電機的基礎理論與關鍵技術研究

《流體耦合式壓電發電機的基礎理論與關鍵技術研究》是依託浙江師範大學，由王淑雲擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：流體耦合式壓電發電機的基礎理論與關鍵技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王淑雲
• 依託單位：浙江師範大學

項目摘要

提出利用流體耦合激勵壓電振子振動發電並抑制振動/流體脈動的新方法，研究這種流體耦合作用發電及抑振能力的形成理論與方法，進而構造頻頻寬、高可靠性/強度、且發電與抑振一體的微小型壓電發電機，用於航空航天/行走機械/液壓設備等自供電監測/抑振、或單純管道流發電。研究內容：統籌考慮機電液系統要素間的耦合關係，建立系統動力/運動學模型，通過模擬仿真獲得要素間非線性耦合特性及其對發電/抑振能力的影響規律及合理的系統參數匹配關係；研究流體環境下壓電振子的振動/能量轉換特性，分析機械單元結構/耦合方式、電控單元發電/抑振策略等對發電機回響特性、發電/抑振效果及環境適應能力等的影響規律，提取制約流體環境下壓電振子回響速度及能量轉換/利用效率的關鍵要素，揭示流體耦合作用形成壓電發電及其抑振能力的本質機理；進行4類樣機的製作與試驗，獲得最優機械結構與發電/抑振控制策略，提供設計方法及關鍵製造技術。

結題摘要

提出通過壓電體與流體耦合作用實現能量傳遞/轉換並構造流體耦合式壓電發電機，用於振動能量回收並抑振以及流體動能回收，主要內容：進行了不同載荷及邊界條件下晶片型壓電振子能量轉換特性的建模仿真與結構最佳化，獲得了外力載荷作用下壓電振子結構/材料參數、邊界條件、作用力形式/大小等對其變形/發電特性的影響規律以及最優的結構與材料參數；進行了電激勵下壓電-氣/液耦合振動回響及機電能量轉換特性研究，獲得了系統背壓對氣/液體阻尼/隔振器中主/被動壓電振子的驅動/回響特性的影響規律；進行了基礎振動時氣/液體隔振/阻尼器的系統建模仿真與試驗研究，獲得了壓電振子及液壓缸結構/尺寸、振動體質量、系統背壓、平衡彈簧剛度、阻尼孔徑、流體類型（氣、液）等系統要素對其發電/抑振性能的影響規律，證明了隔振/阻尼式壓電流體發電機可實現低頻、高強度、尤其是高強度振動能量回收與抑振的雙重功能；進行了直激式壓電流體發電機建模仿真與試驗，獲得了壓電梁結構尺度/參數、附加質量、柔性梁尺度、流速、迎風角等對其回響特性及發電能力的影響規律，證明了在一定條件下存在最佳的附加質量/風速/迎風角/柔性梁長度使發電機輸出電壓最大，且各最佳參數間存在較強的耦合性；增加了渦輪式壓電流體發電機（適於高速、大粘度流體發電），獲得了流體粘度、速度及旋磁激勵方式等對渦輪式流體發電機性能的影響規律；增加了壓電流體泵（可實現雙向能量轉換）研究，獲得了多腔體串/並聯、相鄰腔體同步/異步及各腔體非完全工作時驅動次序等對其輸出性能及感應電壓的影響規律；進行了基於同步開關技術的能量提取/儲能/半被動抑振及基於脈衝開關電路供電系統研究，獲得了相關要素對能量提取/存儲/半被動抑振/能量利用效果等的影響規律。結合研究計畫及拓展工作，培養碩士研究生6人，尚有4名碩士從事相關工作；公開發表相關論文23篇，其中9篇論文SCI/EI雙檢、11篇論文EI檢索； 獲得授權發明專利10項。