上海交通大学王嘉松：圆柱压电水能收集器上分流板长度和攻角的影响
论论资讯 ｜ 2024-04-29 ｜
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Physics of Fluids
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Effect of length and attack angle of the splitter plates on circular cylinder piezoelectric water energy harvester
Shen Y.; Wang J.; Wang J.; Zheng H.; Lin K.; Xu H.
Published：2024-04-01
DOI：10.1063/5.0201407
研究背景
如今，随着海上无线传感器、信号灯等设备的微型化和远海自供电问题的出现，如何从低速洋流中收集能量已成为当前研究的热点。然而，低速水流的能量输出功率和转换效率仍存在挑战，这也是需要解决的社会性问题之一。
研究内容
这项研究主要探讨了利用垂直悬臂梁圆柱体配备刚性分流板压电能量收集器（CSPPEH）的效果。通过实验研究了分流板长度和攻角对CSPPEH的影响。通过颗粒图像测速仪流场可视化分析了涡激振动和风驰振动之间的相互转换机制。实验结果表明，在攻角为0°时，随着分流板长度（L/D = 0-2.4）的增加，CSPPEH的振动和压电特性起初增加，然后减少。最佳振动和压电特性出现在刚性分流板长度为1.40D，攻角为90°时。其振幅、振动摆角、电压、功率和功率密度的最大值分别为4.96D、21.7°、42.68 V、910.81 μW和1.94 mW/cm^3。在0.4D长度和90°攻角的情况下，效率可达到2.2%。与裸露圆柱能量收集器相比，输出功率和效率得到显着提高。通过连续充电和放电电容器以及点亮LED灯来展示设计的CSPPEH的实用性。总体而言，这项研究为CSPPEH在低水速环境下实现自供电的无线传感和信号灯应用提供了可能性。
研究意义
这项研究的创新之处在于提高了低速水流环境下能量收集器的输出功率和效率，为实现自供电的无线传感和信号灯应用提供了新的可能性。通过优化分流板长度和攻角，提高了CSPPEH的性能，为未来在海洋环境中利用水能提供了新的思路和方向。
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