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《基于卡門渦街原理的諧振型風(fēng)力壓電俘能器研究.pdf》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、第26卷第9期傳感技術(shù)學(xué)報(bào)Vo1.26No.92013年9月CttlNESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSSep.2013StudyonaWindPiezoelectricEnergyHarvestingBaseonResonanceandKamonVortexStreetWENSheng,ZHANGTiemin,LUYuhua,YANGXiuli,CAOFei(SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510632,China)Abstract:Awindpiezoelectricenergyharve
2、stingtechniquebasedonresonanceandvortexstreetwasdevelopedtofitinwiththeneedsofcontinualandsteadyelectricalenergyforwirelesssensornetworkinthefarmland.Todesigntheairinletandaerodynamicbody,thefluiddynamicsbehaviorsoftheflowdistributionsubjectedtodifferentwindspeedsinairinletwereanalyzedusi
3、ngComputationalFluidDynamics(CFD)numericalmethod.Helmhohzresonatorwasusedformagnifyingthewindpressureandvortexfrequency.Inordertogeneratemaximumenergy,thefrequencyofthepiezoelectriccompositecircularplatewasdesignedinaccordwiththatoftheHelmhohzresonator.Theexperimentresultsshowthat,forthec
4、aseofwindspeed14m/s,theenergyharvestingcangeneratethemaximumenergy13.6mWwithloadresistanceof400kKeywords:piezoelectricenergyharvesting;Karmanvortexstreet;windenergy;resonanceEEACC:O29OTdoi:10.3969/j.issn.1004-1699.2013.09.024基于卡門渦街原理的諧振型風(fēng)力壓電俘能器研究水文晟,張鐵民,盧玉華,楊秀麗,曹飛(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院,廣州510632)摘要:針
5、對(duì)大田環(huán)境中無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要持續(xù)穩(wěn)定電能的要求,發(fā)展一種基于卡門渦街原理的諧振型風(fēng)力壓電俘能技術(shù)?;谟?jì)算流體力學(xué)數(shù)值方法,分析在不同風(fēng)速下進(jìn)氣道內(nèi)流場(chǎng)的流體動(dòng)力學(xué)行為,實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)氣道及繞流體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。采用亥姆赫茲諧振腔作為風(fēng)壓諧振放大及渦脫頻率的調(diào)節(jié)裝置,并使諧振腔底部壓電復(fù)合薄圓板與亥姆霍茲諧振腔的頻率一致,從而在氣流的沖擊振蕩作用下產(chǎn)生共振并輸出最大的電能。實(shí)驗(yàn)表明,諧振型壓電俘能器在風(fēng)速14m/s,外部負(fù)載電阻400kn時(shí)最大可輸出13.6mw的電能。關(guān)鍵詞:壓電俘能器;卡門渦街;風(fēng)力;諧振中圖分類號(hào):TN384文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1004—1699(2
6、013)O9—1303-06由網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與無(wú)線傳感技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生的無(wú)線傳獲取可再生能源,并為傳感器節(jié)點(diǎn)供電的嵌入式白感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)WSN(WirelessSensorNetworks),是目供能系統(tǒng)研究得到了越來(lái)越多的重視。壓電材前國(guó)際上備受關(guān)注的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域之一¨。料在外力作用下能夠直接產(chǎn)生電荷,且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易現(xiàn)階段WSN技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在對(duì)溫于整合到系統(tǒng)之中,因此,利用風(fēng)能的微型壓電俘能室環(huán)境的監(jiān)測(cè)和控制、大田環(huán)境監(jiān)測(cè)以及動(dòng)植物的器是大田環(huán)境中無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)更為理想的能生理生態(tài)監(jiān)測(cè)等諸多領(lǐng)域。在這些環(huán)境中,無(wú)量源。目前國(guó)內(nèi)外利用風(fēng)能的微型壓電俘能器的結(jié)線傳感
7、器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)大都為隨機(jī)撒播安放,且節(jié)點(diǎn)分構(gòu)形式主要有風(fēng)車式及擺動(dòng)式等。風(fēng)車式壓電俘能布數(shù)量較多、分布密度較高,受工作環(huán)境及成本的限器是利用風(fēng)力產(chǎn)生的氣流帶動(dòng)風(fēng)扇葉片旋轉(zhuǎn),再通制,各節(jié)點(diǎn)常采用傳統(tǒng)的化學(xué)電池供電J。傳統(tǒng)的過(guò)壓電材料把葉片旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能輸出?;瘜W(xué)電池具有體積較大、能量密度較低、使用壽命有Priya等設(shè)計(jì)了一種可為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)供限需定期更換等缺點(diǎn),而且電池中含有重金屬,廢舊電的風(fēng)力壓電俘能器:將一個(gè)直徑約10cm的風(fēng)扇電池易造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。這使得直接從環(huán)境中葉片附著在一個(gè)旋轉(zhuǎn)凸輪上,當(dāng)凸輪受風(fēng)力作用旋