《自限位/自激勵的伸縮縱振式定常管流壓電俘能器研究》是依託浙江師範大學，由闞君武擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：自限位/自激勵的伸縮縱振式定常管流壓電俘能器研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：闞君武
- 依託單位：浙江師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
提出利用自限位伸縮式壓電換能器與定常管道流耦合作用形成自激縱向伸縮振動並發電，研究這種自激縱振的產生機理及其發電能力的形成理論與方法，進而構造可靠性高、頻頻寬、無電磁干擾的微小型定常管流壓電俘能器，用於油氣管線/環境/高速載運工具等的自供電監測或民用燃氣/水的自供電遠程抄表系統。研究內容：統籌考慮俘能器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自激縱振與發電能力的影響規律、以及合理的系統參數匹配關係；研究定常管道流作用下自限位伸縮式壓電換能器自激縱振特性/模態及其能量轉換特性，分析機械/電控單元對發電能力及能量效率的影響規律，提取制約壓電換能器頻響特性、能量轉換/存儲效率等的關鍵要素，揭示流體耦合作用形成自激縱振及其發電能力的本質機理；進行4種樣機製作與試驗，獲得最優自激方案、機械結構及能量回收策略；試製樣機4套，提供設計方法及關鍵製造技術。
結題摘要
提出利用自限位伸縮式壓電換能器與定常管道流耦合作用形成自激縱向伸縮振動發電並構造微小型定常管流壓電俘能器，用於油氣管線/環境/高速載運工具等的自供電監測或民用燃氣/水的自供電遠程抄表系統。主要內容：進行了伸縮式壓電換能器/振子的理論建模仿真及有限元分析，獲得了預彎/平直壓電振子及其伸縮換能器、圓形壓電振子、簡支梁壓電振子的結構/尺度參數對其形變狀態/應力分布/固有頻率/振動模態/發電能力的影響規律；提出了腔式壓電氣流俘能器，從理論和試驗兩方面進行了研究並獲得了激勵參數（激勵距離、氣流壓力）及結構參數（主副腔長度及腔直徑）對其輸出性能的影響規律；進行了脫渦縱振式壓電管道氣流俘能器的COMSOL有限元及動力學建模與仿真分析，獲得了升/曳力係數及影響渦激力幅頻特性的關鍵因素以及流體速度/鈍體與管道的寬度比（直徑比）/擾流板厚度等相關參數對俘能器性能的影響規律；設計製作了基於簡支梁型、預彎型、平直型壓電振子的脫渦縱振式壓電管道氣流俘能器並進行了試驗研究，獲得了單鈍體直徑比/厚度比、預緊彈簧壓力、附加質量、流速、負載電阻、複合鈍體結構/參數等對俘能器輸出性能（電壓或功率）的影響規律，證明了自激縱振管道流壓電俘能的可行性；進行了柔性、彈性及剛性尾翼旗擺式壓電俘能器的性能測試與對比分析，獲得了不同風速下尾翼結構尺寸及剛度對俘能器性能的影響規律；增加了渦輪式磁耦合壓電俘能器（壓電風車和水輪俘能器）的研究，獲得了激勵與被激勵磁鐵間激勵距離、激勵磁鐵數量、系統剛度/附加質量及流體速度等對其發電性能的影響規律，拓展了流體耦合式壓電俘能器的套用範圍；結合研究計畫及拓展工作，培養碩士研究生9人，尚有4名碩士從事相關工作；公開發表相關論文18篇（其中7篇SCI/EI雙檢、10篇EI檢索）、錄用EI源期刊論文2篇，獲授權發明專利19項、尚有在審發明專利7項。
