低速水流下不同截面形状质量块压电能量收集器的实验研究

作者：赵道利; 刘园园; 周捷; 孙维鹏; 郭鹏程; 颜志淼^*

来源：固体力学学报, 2019, 40(05): 417-426.

DOI：10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2019.029

• 低流速水流
• 明渠流弯道水槽
• 压电能量收集器
• 不同截面形状质量块

论文设计了一种适用于低流速水流中的悬臂梁式压电能量收集器,利用明渠流弯道水槽对五种质量相同、截面形状不同质量块的压电能量收集器进行实验研究.通过改变水的流速,得到不同质量块能量收集器收集功率和频率随流速的变化规律并进行分析.结果表明:在实验流速范围内,各质量块均存在起振流速,当低于起振流速时,收集的均方根功率(Mean Effective Power,RMS Power)约为零,超过起振流速后,收集功率随流速增加而改变;形状相似的质量块,起振流速较为接近,四棱柱的起振流速最低,圆柱次之,三棱柱的最大;质量块截面形状不同,能量收集器性能不同,其中以三棱柱(70°)的输出性能最好,在流速为0.54 m/s时收集到的最大功率为2.02 mW,分别是圆柱、四棱柱(50)和三棱柱(60°)的1.06、2.58、1.36倍.论文研究的悬臂梁式压电能量收集器通过压电结构的力/电转换功能从水流中提取能量,可实现微电子器件的无线供能,为类似压电能量收集器的设计提供借鉴.

• 单位
  西安理工大学; 上海交通大学; 建筑工程学院; 海洋工程国家重点实验室