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水致振动压电俘能器研究现状与展望
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作者 武俊杰 华顺明 +2 位作者 张学昌 王晓军 赵思成 《机械工程与自动化》 2024年第5期220-223,226,共5页
以水流为代表的流体能量是自然界中分布最广泛的机械能量,基于水致振动的微小型压电俘能器设计及增效方法近年来受到国内外学者的广泛关注。首先,介绍了水致振动压电俘能装置的机理,根据工作机理分为钝体致振悬臂梁式和尾流诱导式两大类... 以水流为代表的流体能量是自然界中分布最广泛的机械能量,基于水致振动的微小型压电俘能器设计及增效方法近年来受到国内外学者的广泛关注。首先,介绍了水致振动压电俘能装置的机理,根据工作机理分为钝体致振悬臂梁式和尾流诱导式两大类;其次,对压电俘能器增效方法进行了梳理,分析了非线性磁力增效、混合型和阵列型增效的代表性结构和性能特点;最后,总结了流致振动水流能俘能领域目前存在的问题和挑战,并提出了对未来发展的展望。 展开更多
关键词 压电发电 水致振动 被动湍流控制 磁耦合俘能
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带状附加物放置角度对流致振动与振子俘能特性影响研究 被引量:1
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作者 孙宏军 吕鹏飞 +2 位作者 丁红兵 李金霞 宋晨睿 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第6期98-105,共8页
流致振动普遍存在于工程领域与自然界,由于复杂性和多学科交叉的特点,流致振动一直是学界研究热点之一,利用被动湍流控制(passive turbulence control,PTC)来增强流致振动的俘能技术更是受到了广泛关注。该文章在光滑圆柱上放置不同角... 流致振动普遍存在于工程领域与自然界,由于复杂性和多学科交叉的特点,流致振动一直是学界研究热点之一,利用被动湍流控制(passive turbulence control,PTC)来增强流致振动的俘能技术更是受到了广泛关注。该文章在光滑圆柱上放置不同角度的对称带状方形附加物,试验得到了振子的振幅、振动频率、输出功率、能量转换效率和振子升力系数,进一步揭示了被动湍流控制增强流致振动的机理。研究结果表明:PTC圆柱振子的最大振幅为2.0 D,是光滑圆柱振子最大振幅的5倍;最大输出功率达0.44 W,是光滑圆柱振子最大输出功率的14倍。这说明合理的配置附加物的放置角度,可以使振子的振动由涡激振动(vortex-induce vibration,VIV)发展为驰振,同时获得较高的输出功率和能量转换效率,为利用流致振动进行能量转换和收集提供了必要的理论指导和技术支撑。 展开更多
关键词 流致振动 被动湍流控制(ptc) 涡激振动(VIV) 驰振
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基于被动湍流控制的压电能量收集研究
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作者 吕鹏飞 侯满宏 《电光系统》 2023年第4期32-36,共5页
近年来,无线传感技术的高速发展对传感器供电提出了更高的要求,传统供电方式的弊端愈加凸显。利用流致振动现象将流体能转化为电能的压电俘能技术得到了广泛的关注。被动湍流控制(Passive Turbulence Control,PTC)作为一种有效强化流致... 近年来,无线传感技术的高速发展对传感器供电提出了更高的要求,传统供电方式的弊端愈加凸显。利用流致振动现象将流体能转化为电能的压电俘能技术得到了广泛的关注。被动湍流控制(Passive Turbulence Control,PTC)作为一种有效强化流致振动,提升压电俘能性能的措施,是目前研究的热点之一。文章以被动湍流控制下的流致振动为研究对象,围绕振动响应与俘能特性、俘能计量协同优化展开研究。结果表明:文章研究的对称PTC结构在150°时俘能综合性能最优,最大输出功率为0.569W,最大能量利用效率为26.1%,为利用压电效应收集能量给传感器供电提供了参考。 展开更多
关键词 被动湍流控制 压电效应 能量收集
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近自由表面海流能发电装置VIVACE流激振动的实验研究 被引量:4
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作者 徐万海 罗浩 孙海 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第4期83-89,共7页
实验研究了大雷诺数、小质量比、近自由水面的弹性支撑刚性圆柱流激振动,利用了低湍流度的循环水槽施加不同来流条件,以虚拟弹簧阻尼系统(Vck)测量圆柱的流激振动幅值和频率。研究结果表明:约化速度由低到高,近自由表面处采用被动湍流... 实验研究了大雷诺数、小质量比、近自由水面的弹性支撑刚性圆柱流激振动,利用了低湍流度的循环水槽施加不同来流条件,以虚拟弹簧阻尼系统(Vck)测量圆柱的流激振动幅值和频率。研究结果表明:约化速度由低到高,近自由表面处采用被动湍流控制技术(PTC)的圆柱流激振动可分为三个典型区域,分别为涡激振动区、涡激振动向驰振转化区和驰振区;涡激振动发生时,自由表面效应对光滑圆柱涡激振动以及PTC圆柱的流激振动影响不明显;驰振发生时,较大的约化速度对应较高弗劳德数,自由表面对弹性支撑刚性PTC圆柱的流激振动影响逐渐显著。研究成果可为海流能发电装置(VIVACE)提供必要的理论指导和技术支撑。 展开更多
关键词 海流能 海流能发电装置(VIVACE) 被动湍流控制(ptc) 圆柱 自由表面
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开缝对风力机翼型空气动力学特性的影响 被引量:4
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作者 杨瑞 杨胜兵 +3 位作者 孙霞阳 马超善 陈月娟 岳一轩 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期70-77,共8页
以S809翼型为研究对象,用CFD数值模拟计算的方法研究了在失速条件下,风力机翼型上下表面同时开缝的被动控制策略对翼型空气动力学特性的影响。采用基于速度耦合的SIMPLEC算法进行数值模拟,将四种常用的湍流模型(Spalart-Allmaras、k-e、... 以S809翼型为研究对象,用CFD数值模拟计算的方法研究了在失速条件下,风力机翼型上下表面同时开缝的被动控制策略对翼型空气动力学特性的影响。采用基于速度耦合的SIMPLEC算法进行数值模拟,将四种常用的湍流模型(Spalart-Allmaras、k-e、k-w、k-w-SST)在12°和24°攻角下的计算结果和实验数据对比,得出了最优于翼型计算的湍流模型为k-w-SST。分析了缝隙位置、宽度和斜率对翼型气动性能的影响。结果表明:当开缝位置位于分离点附近时,翼型气动性能最优;当缝隙宽度为弦长的2%时,翼型气动性能最优;当缝隙和弦线的夹角为75°时,翼型气动性能最优,且在攻角超过24°时开缝对翼型的气动性能有不利影响。 展开更多
关键词 开缝翼型 被动控制 湍流模型 边界层分离 数值模拟
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射流剪切层及相关预混火焰的被动控制
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作者 穆克进 王岳 +2 位作者 惠鑫 张哲巅 聂超群 《燃烧科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期429-435,共7页
研究了网格湍流的被动控制方式对射流剪切层以及相关预混火焰的影响.利用热线风速仪测量冷态流场结构,结果显示,网格湍流显著减小了剪切层的湍流强度和尺度,使湍流更趋于各向同性,并增强了流场的稳定性,减弱了剪切层失稳程度,表明了网... 研究了网格湍流的被动控制方式对射流剪切层以及相关预混火焰的影响.利用热线风速仪测量冷态流场结构,结果显示,网格湍流显著减小了剪切层的湍流强度和尺度,使湍流更趋于各向同性,并增强了流场的稳定性,减弱了剪切层失稳程度,表明了网格湍流能对剪切层中的大尺度拟序结构起到抑制和破坏作用.此外,用高频响细丝热电偶研究了网格湍流以及所引起的剪切层改变对预混火焰结构的影响,结果显示,网格湍流一方面通过改变当地射流剪切层的流动特性抑制了火焰皱褶低频运动;另一方面通过在火焰根部施加强制扰动产生皱褶从而强化燃烧,这说明网格湍流能够同时产生使剪切层中预混火焰强化和稳定两方面的效应. 展开更多
关键词 被动控制 网格湍流 剪切层 预混火焰
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被动控制圆柱涡振-驰振过渡区振动特性及激励机理 被引量:4
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作者 王海博 丁林 +2 位作者 张长江 张力 上官启扬 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第5期994-1001,共8页
为了研究处于涡致振动(VIV)上部分支-驰振过渡区域的被动湍流控制单圆柱的流致振动特性,采用有限体积法,选取Spalart-Allmaaras湍流模型,通过求解二维非稳态雷诺平均Navier-Stokes方程进行数值计算。仅考虑柱体在模流方向上的振动,分析... 为了研究处于涡致振动(VIV)上部分支-驰振过渡区域的被动湍流控制单圆柱的流致振动特性,采用有限体积法,选取Spalart-Allmaaras湍流模型,通过求解二维非稳态雷诺平均Navier-Stokes方程进行数值计算。仅考虑柱体在模流方向上的振动,分析了柱体的振幅、频率、升力和尾涡形态,并揭示了驰振的激励机制。本文数值计算结果与实验数据吻合良好。结果表明,柱体处于VIV上部分支-驰振过渡区域时,随着折减速度增加,柱体的振幅持续上升,振动频率则缓慢下降,逐步过渡到高振幅、低频率的驰振阶段。柱体发生驰振后,最大振幅比达到了3.88D。随着柱体从VIV上部分支向驰振过渡,柱体的升力始终与位移保持同相(相位差为0°),升力始终能促进柱体振动。同时,由于被动控制圆柱表面的粗糙带改变了圆柱壁面附近的流场特性,造成圆柱上下侧的分离剪切层被拉伸到接近垂直于来流方向的位置,在圆柱上下两侧形成较大的压差,形成新的激励机制进而引发驰振。 展开更多
关键词 涡致振动 圆柱 驰振 被动控制
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湍流强度对非对称粗糙带圆柱流致振动影响的研究
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作者 冯蕾 章大海 +2 位作者 王文颢 杨浩 刘文强 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2022年第1期67-80,共14页
本文采用非定常RANS方法和Spalart-Allmaras湍流模型,结合动网格技术,通过Fluent二次开发平台编写程序代码实现流固信息交换,实现非对称粗糙带单圆柱及串列双圆柱流致振动并行数值计算。主要研究雷诺数在3×10^(4)~1.2×10^(5)... 本文采用非定常RANS方法和Spalart-Allmaras湍流模型,结合动网格技术,通过Fluent二次开发平台编写程序代码实现流固信息交换,实现非对称粗糙带单圆柱及串列双圆柱流致振动并行数值计算。主要研究雷诺数在3×10^(4)~1.2×10^(5)范围内入口湍流强度对非对称粗糙带单圆柱及串列双圆柱流致振动的影响。研究结果发现,入口湍流强度的增大会引起尾涡拉长,使得非对称粗糙带单圆柱和串列双圆柱下游圆柱的振幅比减小,且会削弱圆柱振子的振动偏移现象;随着雷诺数增大,非对称粗糙带单圆柱和下游圆柱的尾涡数量增加,依次出现2S、QP+P、2P+2S、不稳定的2T、2T、2T+S和2T+2S等模式,在雷诺数为6×10^(4)时可发现新的模式Double-S(DS)。 展开更多
关键词 湍流强度 被动湍流控制 流致振动 不对称
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错列距离对被动控制双柱体流致振动特性的影响
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作者 杨佐美 丁林 +1 位作者 叶倩云 张力 《重庆大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期27-35,共9页
针对双柱体这种极具代表性的多柱体结构,采用数值方法研究错列距离改变引起的双柱体流致振动特性的变化,分析间隙流与振动响应之间的相互影响关系。结果显示:错列双柱体的振动模态存在周期振动、双周期振动、多周期振动和拟周期振动等... 针对双柱体这种极具代表性的多柱体结构,采用数值方法研究错列距离改变引起的双柱体流致振动特性的变化,分析间隙流与振动响应之间的相互影响关系。结果显示:错列双柱体的振动模态存在周期振动、双周期振动、多周期振动和拟周期振动等多种模态。上游柱体振幅受间距比的影响很小,间距比变化时,最大振动幅值均在约化速度U^*=6时取得。对于下游柱体,振动幅值随间距比大幅变化,尤其是当T=0.6D(D为柱体直径)时。随着来流速度的变化,上下游柱体振幅曲线发生交叉,存在一个临界约化速度Uc^*=7,当U^*>Uc^*时,上游柱体振幅低于下游柱体振幅。当T/D>0.6、U^*<8时,为间隙流主导区。在该区域内,上游柱体脱落的漩涡形成间隙流,附着在下游柱体的表面,使下游柱体的边界层分离提前,柱体振动增强。 展开更多
关键词 错列 双柱体 流致振动 被动控制 间隙流
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Coherent Spanwise Structures in Turbulent Boundary Layer over Drag-Reducing Riblets
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作者 杨绍琼 李山 +2 位作者 田海平 王清毅 姜楠 《Transactions of Tianjin University》 EI CAS 2015年第4期317-323,共7页
The time series of velocity vector fields and their statistics in the turbulent boundary layer(TBL)over riblets and smooth plate were measured by utilizing a time-resolved particle image velocimetry(TR-PIV)system. The... The time series of velocity vector fields and their statistics in the turbulent boundary layer(TBL)over riblets and smooth plate were measured by utilizing a time-resolved particle image velocimetry(TR-PIV)system. The mean velocity profiles of the TBL were compared in the case of 0.13 m/s(the riblets with dimensionless peakto-peak spacing being approximately s?≈21)and 0.19 m/s( s?≈28)for these two kinds of plates, respectively. Two kinds of drag-reducing velocity profiles were illustrated and analyzed. Then the spatial topologies of the physical vorticity for the coherent spanwise structures were detected and extracted at the fourth scale by utilizing an improved quadrant splitting method(IQSM). Results revealed that nearly 6.17%, and 10.73%, of a drag reduction was separately achieved over the riblets surface. Besides, it was visualized that the drag-reduction was acquired by the riblets influencing the bursting ejection(Q2)and sweep(Q4)events of the coherent spanwise vortex structures, the Q4 events in particular. Based on such two drag-reducing cases of the riblets, lastly, a simplified KelvinHelmholtz-like linear instability model proposed initially by García-Mayoral and Jiménez(2011)has been discussed. It is still difficult to establish with certainty whether the observed phenomena, the appearance of coherent spanwise structures found at around or below y?≈20 in both cases of s?≈21 and s?≈28 and their topological changes, were consequences or causes of the breakdown of the viscous regime. We prefer to suggest that the interactions between those structures and the riblets, which contain the coherent spanwise structures extending toward the wall and penetrating into the riblet grooves, are the root causes. 展开更多
关键词 TURBULENT boundary layer passive flow control drag reduction Kelvin-Helmholtz-like INSTABILITY coherentstructure riblet particle image VELOCIMETRY
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变工况下超高负荷低压涡轮叶片边界层被动控制 被引量:8
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作者 张波 李伟 +1 位作者 卢新根 朱俊强 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第12期2805-2813,共9页
以某超高负荷低压涡轮叶型为研究对象,利用数值模拟的方法通过改变来流雷诺数、自由来流湍流强度和攻角等工况,研究了其对叶片边界层特性的影响,并通过在叶片吸力面加凹槽、矩形拌线、圆形拌线等被动控制方式来改善叶型性能,结果表明:... 以某超高负荷低压涡轮叶型为研究对象,利用数值模拟的方法通过改变来流雷诺数、自由来流湍流强度和攻角等工况,研究了其对叶片边界层特性的影响,并通过在叶片吸力面加凹槽、矩形拌线、圆形拌线等被动控制方式来改善叶型性能,结果表明:随着雷诺数的增大叶型损失逐渐降低;随着自由来流湍流强度的增加叶型损失先减小后增大;随着攻角向负攻角方向变大叶型损失先减小后增大,向正攻角方向变大时叶型损失迅速增大;在雷诺数和湍流强度变化时表面凹槽的控制方式较好,而攻角变化时加矩形拌线和圆形拌线的控制方式较好.3种被动控制方式促发转捩提前发生抑制分离泡,但都会引起湍流湿面积的增加. 展开更多
关键词 超高负荷 低压涡轮叶片 雷诺数 湍流强度 被动控制
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