برداشت انرژی از تیر یکسرگیردار با استفاده از المان های پیزوالکتریک تحت اثر ارتعاشات القایی گردابه ای حول یک استوانه
پذیرفته شده برای ارائه شفاهی ، صفحه 1-8 (8)
کد مقاله : 1096-ISAV2022 (R4)
نویسندگان
1دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی
2داتشگاه خواجه نصیرالدین طوسی
چکیده
برداشت انرژی از ارتعاشات محیطی و تبدیل آن به انرژی الکتریکی سبب بازیافت انرژی های تلف شده و استفاده بهینه از آن ها می شود. انرژی الکتریکی حاصل شده می تواند به عنوان منبعی ارزان، مداوم و پاک به منظور تغذیه تجهیزات کم مصرف نظیر سنسورها، عملگرها، کنترل کننده ها، تجهیزات پزشکی و غیره مورد استفاده قرار گیرد. با استفاده از این روش، وابستگی تجهیزات اشاره شده به باتری ازبین رفته و از این رو آلودگی شیمیایی حاصل شده از باتری ها و نیاز به تعویض های دوره ای آن ها که مستلزم صرف وقت و هزینه زیاد نیز می باشند، رفع می شود. در این مقاله در ابتدا با طراحی یک سیستم شامل استوانه افقی و یک تیر دوقلوی یکسرگیردار، نیروی القایی گردابه ای در اثر برخورد باد با استوانه افقی به کمک معادله وندرپل محاسبه و اثر آن در ارتعاش غیرخطی سیستم یک درجه آزادی معادل مورد بررسی قرار می گیرد. سپس به کمک المان های پیزوالکتریکی که روی تیرها نصب شده است، انرژی الکتریکی به صورت ولتاژ برداشت خواهد شد. در اینجا سرعت باد بهینه برای اینکه توان الکتریکی خروجی بیشینه شود، محاسبه می گردد. در انتها اثر پارامترهای مختلف روی توان خروجی بررسی می گردد.
کلیدواژه ها
Title
Energy harvesting from a cantilever beam using piezoelectric elements caused by vortex induced vibrations around a cylinder
Authors
Mohammad Saeid Jafari, Ali Asghar Jafari
Abstract
Energy harvesting from environmental vibrations and converting it into electrical energy causes the recycling of wasted energy and their optimal use. The obtained electrical energy can be used as a cheap, continuous and clean source to power low-consumption equipment such as sensors, actuators, controllers, medical equipment, etc. By using this method, the dependence of the mentioned equipment on the battery is eliminated, and hence the chemical pollution resulting from the batteries and the need for their periodic replacements, which require spending a lot of time and money, are eliminated. In this article, initially by designing a system including a horizontal cylinder and a cantilever twin beam. The induced vortex force due to the impact of the wind on the horizontal cylinder is calculated by solving the Vanderpol equation and its effect on the nonlinear vibration of equivalent one degree of freedom system is investigated. Then, using piezoelectric elements installed on the beams, electric energy will be collected in the form of voltage. Here, the optimal wind speed is calculated to maximize the output electrical power. At the end, the effect of different parameters on the output power is studied.
Keywords
Energy harvesting, Vortex induced vibrations, Piezoelectric, Power
مراجع
<div class="page" title="Page 8">
<div class="layoutArea">
<div class="column" dir="ltr">
<p><span>[1] M. L. Facchinetti, E. de Langre, F. Biolley, "Coupling of structure and wake oscillators in vortex-induced vibrations", Journal of Fluids and Structures 19, (2004): 123-140.<br /> [2] R. Song, X. Shann, F. Lv, T. Xie, "A study of vortex-induced energy harvesting from water using PZT piezoelectric cantilever with cylindrical extension", Ceramics International 41, no. 1, .768-773 ,)2015( </span></p>
<p><span>[3] B. Zhang, B. Song, Z. Mao, W. Tian, B. Li, "Numerical investigation on VIV energy harvest- ing of bluff bodies with different cross sections in tandem arrangement", Energy 133, (2017): .723-736<br /> [4] R. Naseer, H. L. Dai, A. Abdelkefi, L. Wang, "Piezomagnetoelastic energy harvesting from vortex-induced vibrations using monostable characteristics", Applied Energy 203, (2017): 142</span><span>– </span><span>.153 </span></p>
<p><span>[5] F. Pan, Z. Xu, L. Jin, P. Pan, X. Gao, "Designed Simulation and Experiment of a Piezoelectric Energy Harvesting System Based on Vortex Induced Vibration", IEEE Transactions on Industry Applications 53, no. 4, (2017): 3890-3897.<br /> [6] S. Zhou, J. Wang, "Dual serial vortex-induced energy harvesting system for enhanced energy harvesting", AIP Advances 8, (2018): 075221. </span></p>
<p><span>[7] S. Zhou, J. Li, J. Wang, G. Li, Q. Wang, "Vortex-induced vibrational tristable energy harvester (VIVEH): Design and experiments", IOP Conference Series: Materials Science and Engineering .012011 :)2019( ,531<br /> [8] J. Wang, G. Hu, Z. Su, G. Li, W. Z, L. Tang, L. Zhao, "A cross-coupled dual-beam for multi- directional energy harvesting from vortex induced vibrations", Smart Materials and Structures 28, no. 12, (2019). </span></p>
<p><span>[9] W. Sun, J. Seok, "A novel self-tuning wind energy harvester with a slidable bluff body using vortex-induced vibration", Energy Conversion and Management 205, (2020): 112472.<br /> [10] P. Jadidi, M. Zeinoddini, "Influence of hard marine fouling on energy harvesting from Vor- tex-Induced Vibrations of a single-cylinder", Renewable Energy 152, (2020): 516e528. </span></p>
<p><span>[11] X. Du, Y. Zhao, G. Liu, M. Zhang, Y. Wang, H. Yu, "Enhancement of the Piezoelectric Cantilever Beam Performance via Vortex-Induced Vibration to Harvest Ocean Wave Energy", Shock and Vibration, (2020): 8858529.<br /> [12] S. Wang, W. Liao, Z. Zhang, Y. Liao, M. Yan, J. Kan, "Development of a novel non-contact piezoelectric wind energy harvester excited by vortex-induced vibration", Energy Conversion and Management 235, (2021): 113980. </span></p>
</div>
</div>
</div>