基于柔性压电板的波流混合能量采集

我们研究近自由表面浸没并暴露于入射迎头重力波与水流中的柔性压电板的动力学与能量产生能力。推导了一个理论模型，其中板及其尾流由涡线表示，而流体主体被视为无粘的。该模型用于描述柔性板、其尾流、重力入射波与水流之间的流体动力相互作用。模型揭示了压电装置的两种不同振动状态，对应于几乎相似的最优能量产生水平。第一种与板的悬臂颤振模态相关，对不同弗劳德数和来波频率下板的柔性依赖有限。另一种类似于更柔性板中的流致拍动模态，其能量输出对板柔性表现出更高的依赖性。这两种高能模态的并存允许调整板长，以在不同流动条件下持续达到最大能量产生水平。探讨了系统响应的弗劳德数作用，并将其与表面上重力波群的出现相关联，各波群以不同波数传播。结果表明，在亚临界与临界流中，达到高能量状态需要小于体长一半的浸没深度。最后，最优电感与电阻值与流动、机械和电气时间尺度之间的适当匹配相关。