The invention discloses an experimental device of a piezoelectric energy trap for eddy-induced vibration in water flow and its use method. The experimental device includes an experimental platform and a piezoelectric energy trap device for experiment. The experimental platform includes flume bracket, flume, honeycomb, damper net, discharge baffle, intake pipe and return pipe. Water flows from left to right in turn through the intake area, the experimental area and the discharge area. The steady laminar flow field environment can be obtained by adjusting the flow velocity in the flume through the intake valve, the return valve and the discharge baffle. The piezoelectric energy trap can effectively increase the resonance bandwidth, i.e. the resonance velocity range, by introducing the non-linear magnetic force into the magnet embedded in the fluid around the cylinder. It can generate resonance in different velocity range and meet the needs of the experiment. The invention can effectively simulate the low flow velocity stable laminar flow field, accurately adjust the flow velocity, and simultaneously measure various experimental data under different flow velocities combined with a variety of piezoelectric energy capture devices.
【技术实现步骤摘要】
水流中涡激振动压电俘能器的实验装置及其使用方法
本专利技术涉及水流中圆柱绕流体涡激振动的实验装置及其使用方法，特别涉及一种通过在圆柱绕流体中内嵌永磁铁，从而引入非线性磁力的压电俘能器涡激振动实验装置及其使用方法。
技术介绍
随着经济社会的持续高速发展，对能源的需求与日俱增，而煤炭和石油等不可再生的能源日趋枯竭，寻求新能源以及利用再生能源是必不可少的。水能作为环境中的可再生能源，储量丰富。面对高速水流环境，可以建立水电站利用涡轮机将水流的动能转换为电能，但涡轮机对水流的流速有一定的要求(涡轮机在水流流速大于2m/s时才有较高的利用率)。而面对自然界广泛存在的低流速环境(世界各大洋的海洋洋流多以0.25m/s-0.53m/s存在，平原段的河流也多为低流速河流)，如何探索设计适合低流速环境下的能量装换装置也显得尤为重要。涡激振动是一种自然界广泛存在的物理现象，其产生是由于流体流经钝体表面时，会在钝体的背流面形成交替泄放的漩涡，由于漩涡的泄放在物体表面产生不均匀的压强，进而物体受到流向和横向的脉动压力。此时如果物体的移动自由度大于零，则会在脉动压力的作用下诱发物体的周期性振动。圆柱绕流体相比其他形状的绕流体，在较低流速环境下，其对水流的扰动更小，其涡激周期性脱落的效果更加明显，从而可以保证良好的振动俘能特性，适合在低流速环境下采集能量。根据能量转化原理，目前存在三种方式可以将振动能量转换为电能，分别为电磁式、静电式和压电式。近年来有部分学者将压电俘能技术与涡激振动原理相结合，根据发生涡激振动时压电材料将会发生弯曲变形，设计了一些利用涡激振动的俘能装置，将水能转化为...
【技术保护点】
1.水流中涡激振动压电俘能器的实验装置，其特征在于：包括实验平台和实验所用的压电俘能装置；所述实验平台包括水槽支架(1)，水槽支架(1)上固定放置水槽(2)，水槽(2)包括三段区域，从左往右依次为分别进水区域，实验区域和泄水区域；水槽(2)的进水区域放置蜂窝器(3)和阻尼网(4)；水槽(2)的实验区域放置实验所用的压电俘能装置(8)，实验区域后段放置水流测速计(10)，水流测速计(10)通过夹持梁(9)悬挂在水槽内；水槽(2)的泄水区域放置泄水挡板(11)，直流推杆电机(12)垂直放置在水槽的泄水区域上方，并且直流推杆电机(12)的推杆末端与泄水挡板(11)连接；水槽(2)的泄水区域正下方放置储水箱(16)，储水箱(16)内分别放置抽水管(13)和回水管(14)，抽水管(13)通过水泵(15)将储水箱(16)内的水抽到进水管(6)内，进水管(6)的出水端放置在水槽(2)的进水区域内；进水管(6)和回水管(14)上分别安装进水阀门(5)和回水阀门(7)；所述的压电俘能装置包括结构一、结构二和结构三；所述结构一包括夹持在水槽(2)上的夹持梁(17)，螺杆(24)通过螺母(25)放置在夹持梁...
【技术特征摘要】
1.水流中涡激振动压电俘能器的实验装置，其特征在于：包括实验平台和实验所用的压电俘能装置；所述实验平台包括水槽支架(1)，水槽支架(1)上固定放置水槽(2)，水槽(2)包括三段区域，从左往右依次为分别进水区域，实验区域和泄水区域；水槽(2)的进水区域放置蜂窝器(3)和阻尼网(4)；水槽(2)的实验区域放置实验所用的压电俘能装置(8)，实验区域后段放置水流测速计(10)，水流测速计(10)通过夹持梁(9)悬挂在水槽内；水槽(2)的泄水区域放置泄水挡板(11)，直流推杆电机(12)垂直放置在水槽的泄水区域上方，并且直流推杆电机(12)的推杆末端与泄水挡板(11)连接；水槽(2)的泄水区域正下方放置储水箱(16)，储水箱(16)内分别放置抽水管(13)和回水管(14)，抽水管(13)通过水泵(15)将储水箱(16)内的水抽到进水管(6)内，进水管(6)的出水端放置在水槽(2)的进水区域内；进水管(6)和回水管(14)上分别安装进水阀门(5)和回水阀门(7)；所述的压电俘能装置包括结构一、结构二和结构三；所述结构一包括夹持在水槽(2)上的夹持梁(17)，螺杆(24)通过螺母(25)放置在夹持梁(17)的通孔中；在夹持梁(17)下面的螺杆(24)上放置带有通孔的上调距板(19)，夹具体(26)放置在螺杆(24)的最下端，夹持块(18)通过螺钉(27)将压电悬臂梁(20)夹持固定在夹具体(26)中；压电悬臂梁(20)自由端与圆柱绕流体(29)相接，圆柱绕流体(29)内部嵌入受激永磁铁(28)；上调距板(19)和下调距板(23)中间放置两根支撑杆(21)；激励永磁铁(30)通过磁铁夹具(22)分别安装在两根支撑杆(21)上；所述结构二包括夹持在水槽(2)上的夹持梁(33)，螺杆(31)通过螺母(32)放置在夹持梁(33)的通孔中，螺杆(31)末端放置夹具体(37)，夹持块(34)通过螺钉(36)将压电悬臂梁(35)夹持固定在夹具体(37)中；压电悬臂梁(35)自由端与圆柱绕流体(43)相接，圆柱绕流体(43)内部嵌入受激永磁铁(42)；所述结构二装置还包括夹持在水槽(2)上的夹持梁(41)，螺杆(39)通过螺母(40)放置在夹持梁(41)的通孔中，上调距板(44)和下调距板(47)中间放置两根支撑杆(45)，激励永磁铁(46)通过磁铁夹具(38)分别安装在两根支撑杆(45)上；所述结构三包括夹持在水槽(2)上的夹持梁(50)，螺杆(48)通过螺母(49)放置在夹持梁(50)的通孔中，螺杆(48)末端加工有一排调距通孔，夹具体(51)通过螺钉固定在螺杆(48)末端的调距通孔中；夹持片(52)通过螺钉将压电悬臂梁(53)夹持固定在夹具体(51)中，压电悬臂梁(53)自由端与圆柱绕流体(59)相接，圆柱绕流体(59)内部嵌入受激永磁铁(58)；所述结构三装置还包括夹持在水槽(2)上的夹持梁(57)，螺杆(55)通过螺母(56)放置在夹持梁(57)的通孔中，螺杆(55)下端放置带有通孔的上调距板(63)，上调距板(63)和下调距板(62)中间放置两根支撑杆(60)，激励永磁铁(61)通过磁铁夹具(54)安装在支撑杆(60)上。2.根据权利要求1所述的水流中涡激振动压电俘能器的实验装置，其特征在于：所述水槽(2)整体结构采用有机玻璃加工而成；所述蜂窝器(3)采用六角格子塑料蜂窝器；所述阻尼网(4)采用金属丝网，层数为三层。3.根据权利要求1所述的水流中涡激振动压电俘能器的实验装置，其特征在于：所述直流推杆电机(12)可由遥控器控制推杆的伸缩。4.根据权利要求1所述的水流中涡激振动压电俘能器的实验装置，其特征在于：所述泄水挡板(11)为有机塑料加工而成。5.根据权利要求1所述的水流中涡激振动压电俘能器的实验装置，其特征在于：所述抽水管(13)、进水管(6)和回水管(14)均为有机塑料加工而成，各管道之间通过电熔胶相连接。6.根据权利要求1所述的水流中涡激振动压电俘能器的实验装置，其特征在于：所述压电俘能装置各结构的的螺杆、螺丝和螺钉由304不锈钢加工而成。7.根据权利要求1所述的水流中涡激振动压电俘能器的实验装置，其特征在于：所述压电俘能装置各结构的圆柱绕流体、调距板、夹具体及夹持装置均由PLA材料经3D打印加工而成；所述压电俘能装置各结构圆柱绕流体内嵌的激励永磁铁，及磁铁夹具中的受激永磁铁材料均为汝铁硼。8.根据权利要求1所述的水流中涡激振动压电俘能器的实验装置，其特征在于：水槽(2)里进水管(6)的进水口与水槽(2)底部固定安装，并且保证水槽(2)里进水管(6)的进水口正对蜂窝器(3)，储水箱(16)里抽水管(13)的抽水口与水泵(15)连接，水泵(15)固定在储水箱(16)底部，回水管(14)的出水口固定在储水箱(16)底部；夹持块(18)通过螺栓(27)将压电悬臂梁(20)夹持固定在夹具体(26)中，圆柱绕流体(29)安装在压电悬臂梁(20)自由端，圆柱绕流体(29)内部内嵌受激永磁铁(28)；激励永磁铁(46)安装在磁铁夹具(38)上，磁铁夹具(38)内加工有通孔，并且通过顶丝将磁铁夹具(38)定位在支撑杆上(45)，当松开顶丝时，保证磁铁夹具(38)能够上下移动调节；上调距板(63)和下调距板(62)分别都加工一排定位孔，支撑杆(60)通过定位孔，固定安装在上调距板(63)和下调距板(62)之间；激励永磁铁(61)安装在磁铁夹具(54)上，磁铁夹具(54)内加工有通孔，并且通过顶丝将磁铁夹具(54)定位在支撑杆(60)上，当松开顶丝时，保证磁铁夹具(54)能够上下移动调节。9.利用权利要求1所述装置进行的水流中涡激振动压电俘能器的实验装置使用方法，其特征还在于：水流中涡激振动压电俘能器的实验装置的工作过程包括实验平台的工作过程和实验台所用压电俘能装置的工作过程；水流中涡激振动压电俘能器的实验平台的工作过程为：水泵(15)通电前，保证进水阀门(5)处于关闭状态，出水阀门(7)处于打开状态；水泵(15)通电后，水流将被抽送到抽水管(13...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。