低频仿生水母振动能量回收装置

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jonathan
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波浪能作为地球上储存含量最大的几种能源之一,其被开发的潜力是巨大的。结合其宽频,振幅分布广,多方向等特点对波浪能进行深度的开发,能够有效地将水波能转换成大量的便捷能源。但面对目前的开发条件,还有大量的工作需要我们去完成来提高能量回收效率。本文通过结合波浪能自身特点,提出一种具有双稳态,宽振幅的仿生水母型能量回收装置。该装置主要通过对弹簧钢结构进行优化设计,在固定弹簧钢两端的情况下,使其自身产生弯曲,从而形成双稳态结构。这种结构通过充分利用水波的竖直方向的动能,从而扩宽振动能量回收的频带。这种结构的原型是模仿水母在海洋中运动时,自身裙带随着洋流变化进行的上下摆动。在此基础上,搭载了硅胶外壳包裹的液态金属摩擦发电装置,区别于传统电磁发电的是,它能够更加高效地回收振动能量,从而提高装置的发电效率。摩擦纳米发电摆脱了定子转子所需要的对于能源的高频要求,它能够在外界能量低频状态下也有良好的能量收集效率。本文也通过分析摩擦纳米发电的各个模式下的发电原理,确定了利用液态金属进行发电的独立层模式。为了适应水波能的柔性特点,还设计了柔性硅胶外壳进行密封和包装。发现在0.5Hz的激励下,发电装置的摩擦接触面积为78.5cm~2时最多可以点亮接近100盏LED灯,且最大电压可达125V,功率可达1000μW。这样的数据足以证明该装置具有良好的波浪能收集能力,并结合了仿生水母技术,利用这种仿生技术结合双稳态结构设计提高了能量回收效率,在结构的简化方面也有极大的创新。
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