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题名基于翅片超表面钝体的流致振动俘能特性研究
被引量：1
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作者
张野
王军雷
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机构
郑州大学机械与动力工程学院
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出处
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第10期2199-2216,共18页
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基金
国家自然科学基金(52277227,51977196)
河南省自然基金优秀青年基金(222300420076)资助项目.
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文摘
超表面结构对钝体气动力特性有显著影响.为了增强普通圆柱的流致振动俘能特性,在圆柱表面装配不同高度和不同数量的翅片超表面并研究其对流致振动俘能特性的影响.搭建流致振动俘能实验平台并制作压电俘能器,实验分析了不同俘能器的俘能特性.基于Tamura和Shimada提出的涡驰耦合模型(Tamura-Shimada模型),推导单自由度(single-degree-of-freedom,SDOF)压电俘能器流−固−电耦合理论模型,并研究了俘能器的气动力参数对其俘能特性的影响.建立计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)模型,仿真分析了不同钝体的旋涡脱落模式和流场特性.实验结果表明翅片超表面能够显著改变钝体的动力学响应:抑制涡激振动从而降低俘能特性或从涡激振动转变为驰振从而显著增强俘能特性.当风速超过相应驰振起振风速后,俘能器出现驰振特征并表现为稳定的极限环振荡(limit cycle oscillation,LCO).理论模型能够较为准确地预测俘能器的电压响应.通过仿真分析可知,翅片超表面能够显著改变钝体后方的旋涡强度,导致其动态响应发生变化,最终影响其俘能特性.此外,研究了不同接口电路对压电俘能器输出功率的影响,与标准直流(direct current,DC)电路相比,自供能同步电荷提取(self-powered synchronous charge extraction,SP-SCE)电路不仅可以提升压电俘能器的输出功率同时也可以提供更加稳定的功率输出,消除了阻抗匹配的要求,保证了高性能压电俘能器在实际应用中的灵活性.
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关键词
翅片超表面
流致振动
俘能
气动力
接口电路
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Keywords
finned metasurface
flow-induced vibration
energy harvesting
aerodynamic force
interface circuit
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分类号
TK89
[动力工程及工程热物理—流体机械及工程]
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