可变形式翼型钝体的风致振压电俘能器

针对现有风致振压电俘能器工作风速范围窄、高风速下振幅过大等问题,提出一种可变形式翼型钝体的风致振压电俘能器,主要由可变形式翼型钝体、悬臂梁以及压电组合梁构成,钝体的弹性翼受风力影响产生形变,从而实现系统振动特性的自我调节,以期提高俘能器的环境适应性。建立了俘能器的COMSOL有限元模型,通过仿真与试验分析了风速对其钝体形状及振动特性的影响,并获得了迎风角和弹性翼厚对俘能器输出性能的影响规律。结果表明:选取迎风角120°和弹性翼厚0.15 mm时俘能器的工作风速范围达到21 m/s,且当风速小于8 m/s时,弹性翼变形较小,系统以驰振为主,输出电压随风速增加而增大;当风速在8~17 m/s时,弹性翼形变量进一步增大,系统由驰振逐渐向涡振转变,输出电压变化较小;当风速在17~25 m/s时,钝体因弹性翼变形过大呈弯弧状,系统以涡振为主,其振幅被有效控制,输出电压随风速增加而减小;存在匹配电阻为250 kΩ时俘能器所产生的最大输出功率为3.78 mW。因此,该风致振压电俘能器在满足结构可靠、起振风速低及风速范围宽条件下同时可输出较大的电能。

有限变形理论的若干进展及其在流体力学中的相关应用

概要性地叙述了作者新近提出的"当前物理构型对应之曲线坐标系显含时间的有限变形理论"、"几何形态为曲面的连续介质的有限变形理论",前者针对介质几何形态为Euclid流形(体积形态),后者针对Riemann流形(曲面形态).类比于一般有限变形理论,上述理论均包括物理及参数构型构造,变形梯度定义及其基本性质,变形刻画,输运定理以及守恒律方程.基于上述理论提出对应曲线坐标系显含时间的流函数涡量解法,固定曲面上二维不可压缩流动的流函数涡量解法以及海面油污扩散控制方程,并给出了相关数值研究结果.