混合固液振动能量收集器的可行性研究：数值模拟与分析

在本文中，我们介绍并研究了一种混合固液振动能量收集器的可行性。该能量收集器由部分填充在水箱中的铁磁流体和固定在水箱壁之一的压电梁组成。假设水箱放置在通过在水箱外部对称放置两个强磁体而产生的非均匀磁场中。然后，通过建模两个磁体产生的磁场的磁场函数来实现该磁场。我们使用压电梁配置和振荡载荷来研究和表征这种二维多尺度、多物理场和多相流固耦合。水箱受到外部振荡运动，利用两种模式晃动铁磁流体并使梁振荡：一种模式归因于梁的惯性，另一种模式归因于铁磁流体对梁的冲击。变化的参数包括压电材料、铁磁流体填充高度、压电梁长度和振荡频率。压电梁的固有频率模式非常重要，因为梁在这些模式下收集的功率最高。我们观察到，当流体运动使梁振动时，在某些情况下，压电材料的电压输出达到峰值，这表明在这些情况下实现的流体载荷下材料接近共振频率。然而，在其他情况下，电压输出随载荷而变化，因此压电梁的响应是宽带的，非常类似于本质上为宽带的晃动。