影响从涡激振动中获取能量的参数研究

涡激振动是一种常见的流固耦合现象,当结构物振幅较大时,可利用涡激振动从海洋流中或河流中获取能量。通过流固充分耦合数值方法,对二维弹性支撑圆柱体在均匀流中的横向涡激振动进行了模拟。用该数值方法对4种方案进行计算,分析质量比m*、阻尼比ζ、质量阻尼比m*ζ和固有频率fn对圆柱体从涡激振动中获取能量效率η的影响。结果发现m*、ζ、m*ζ和fn都会影响η,且存在一个最优的m*ζ值,使能量获取效率η最大。对基于这一想法的振动系统的设计,其结论可作为参考。

初始驱动角对半主动拍动翼能量获取的影响

运用浸入边界法研究初始驱动角θ0对半主动拍动翼能量获取性能的影响。半主动拍动翼的运动包括外部力主动驱动的正弦式摆动θ(t)和流体动力被动驱动的垂直运动h(t)。以雷诺数Re=1000下的二维NACA0015翼型为研究对象,数值计算了摆动角振幅θmax=75°和摆动衰减频率f*=0.16下初始驱动角对半主动拍动翼能量获取性能的影响。首先将初始驱动角θ0=0°时不同网格划分下的升力系数演化与已有文献结果进行了对比,得到二者结果相吻合,验证了数值算法的有效性。然后研究了不同的初始驱动角θ0对能量获取性能的影响,研究发现:θ0≤30°时的升力值远小于θ0≥45°的值,θ0≤30°时拍动翼向下运动,而θ0≥45°时升力值快速增大,拍动翼向下做微小运动后快速反弹向上运动;还发现相对于θ0=0°时的能量获取效率为31.22%,在θ0<75°范围内增大初始驱动角无益于提高能量获取效率,但是在θ0=75°时得到的能量获取效率高达39.21%;同时结果还显示θ0=60°时对净功率的输出最有利。