圆柱形涡致振动压电能量收集阵列的仿真分析

摘要

对内嵌压电悬臂梁的柔性圆管串列结构进行流固耦合和压电耦合数值模拟.圆管排列方式采用刚性圆柱作为阻流体,沿来流方向在阻流体后面串行排列两个内嵌压电梁的柔性圆管作为能量收集阵列,通过数值模拟分析涡致振动下的能量收集阵列振动状态和产生的电压情况.通过控制流速从0.4 m/s增加到1.4 m/s,分组仿真研究柔性圆管顶端最大形变值及内置压电梁输出的电压情况.结果表明:两个柔性圆管在垂直于来流方向的最大形变值均随着流速的增大先增大后减小,其规律与Khalak的研究结果一致,从而证明了数值模拟结果的可靠性.将第2个圆管的最大形变值作为负载进行压电耦合数值模拟,结果显示当流速为1.1 m/s、圆管最大振幅为1.34mm时产生的最大开路输出电压值为68.54 V.研究结果证明了涡致振动压电能量收集结构的可行性,也为涡致振动压电能量收集器的实际研制与测试提供了理论基础.