压电旗的稳定性与可扩展性
流体动力学
2016-03-23 v1
摘要
我们研究了压电(PZT)材料对各种流体中柔性旗的颤振速度、振动模态与频率、以及能量收集功率和效率的影响。我们通过将无粘涡片模型与线性机电耦合模型相结合，开发了完全耦合的流-固-电模型。考虑了纯电阻电路和共振电阻-电感(RL)电路。对于纯电阻电路，增大的机电耦合因子导致颤振速度、振动频率、平均电功率和效率的提高。找到了一个一致的最优电阻，其最大化颤振速度和能量收集功率。对于共振RL电路，通过调节电感使电路频率匹配旗帜的振动频率，颤振速度可大幅降低，并获得更大的平均功率和效率。我们还考虑了使用几种常用商业材料在空气和水中运行的模型尺度装置。针对跨越宽泛固体密度和刚度值的四类材料，获得了无量纲参数的典型范围。我们发现，当旗帜置于较轻流体(如空气)中时，纯电阻电路更有效；而当旗帜置于较重流体(如水中)时，RL电路能够降低颤振速度。
引用
@article{arxiv.1509.06726,
title = {Stability and scalability of piezoelectric flags},
author = {Xiaolin Wang and Silas Alben and Chenyang Li and Yin Lu Young},
journal= {arXiv preprint arXiv:1509.06726},
year = {2016}
}