طراحی و تحلیل یک ژنراتور بادی پیزوالکتریک با ساختار اگزتیک به کمک روش اجزای محدود
الموضوعات : یافته های نوین کاربردی و محاسباتی در سیستم های مکانیکیمرتضی سعدی 1 , حسام مکوندی 2 , علی اکبر عظمتی 3
1 - گروه مهندسي مکاترونیک، واحد آبادان، دانشگاه آزاد اسلامي، آبادان، ايران
2 - گروه مهندسی مکانیک، واحد آبادان،دانشگاه آزاد اسلامی،آبادان، ایران
3 - هیئت علمی - استادیار
الکلمات المفتاحية: ژنراتور بادی, پیزوالکتریک, ساختار آگزتیک, افزایش توان,
ملخص المقالة :
با بهبود مستمر فناوری مدارهای مجتمع و فناوری سیستم‌های الکترومکانیکی میکرو/نانو، توسعه دستگاه‌های ژنراتور کوچک به یک روند اجتناب‌ناپذیر در توسعه سیستم‌های میکرو الکترومکانیکی تبدیل شده است. از آنجا که حجم دستگاه های الکترونیکی به طور مداوم کاهش می یابند، در نتیجه آن می توان با استفاده از ژنراتورهای پیزوالکتریک انرژی باد، انرژی مورد نیاز ریزدستگاه ها را به راحتی تامین نمود. در این پژوهش ضمن تحلیل رفتار مبدل های پیزوالکتریک به کمک نرم-افزار اجزاء محدود آباکوس، با استفاده از ساختارهای آگزتیک روشی به منظور افزایش توان استحصال شده از ژنراتورهای بادی نیز ارایه گردیده است. به این منظور سه نوع ساختار اگزتیک متفاوت مورد استفاده قرار گرفته و تاثیر جنس و ضخامت لایه آگزتیک بر رفتار سازه مورد تحلیل قرار گرفته است. بررسی نتایج بدست آمده نشان دهنده افزایش قابل قبول در ولتاژ خروجی لایه پیزوالکتریک با استفاده از ساختارهای آگزتیک می باشد به نحوی که با استفاده از این نوع ساختار افزایش 100 درصدی در خروجی قابل دستیابی است. همچنین افزایش چشمگیری در پتانسیل الکتریکی بدست آمده به کمک ساختارهای آگزتیک با شکل مشابه از جنس فولاد نسبت به ساختارهای آلومینیومی مشاهده گردید که این مسئله موید تاثیر شکل هندسی و جنس این ساختارها بر توان خروجی ژنراتور می باشد.
[1] Priya, S., Chen, C.T., Fye, D., Zahnd, J., (2005) Piezoelectric Windmill: A Novel Solution to Remote Sensing. Japanese Journal of Applied Physics , 44, L104.
[2] Yang, Y., Shen, Q., Jin, J., Wang, Y., Qian, W., Yuan, D., (2014) Rotational Piezoelectric Wind Energy Harvesting Using Impact-Induced Resonance. Applied Physics Letters , 105, 053901.
[3] Xu, G.J. (2017) Research on Piezoelectric Harvesting Technology from Environment. Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing.
[4] Luo, Z.S. (2018) Design and Research of a New Piezoelectric Wind Energy Collector. Electronic University of Science & Technology of Hangzhou, Hangzhou.
[5] Zhang, Z., Chai, J., Wu, Y., Wang, S., Kan, X., Tang, H., Kan, J., (2023), A rotational energy harvester utilizing an asymmetrically deformed piezoelectric transducer subjected only to unidirectional compressive stress, Energy Reports, 9, 657–668.
[6] Karimzadeh, A., Roohi, R., Akbari, M., (2023), Piezoelectric wind energy harvesting from vortexinduced vibrations of an elastic beam, Scientia Iranica, Transactions B: Mechanical Engineering, 30(1), 77-89.
[7] Mazar, H., Rzine, B., Bahsine, S., Radouani, M., Elfahime,B., El Gadari, M., (2022), modeling and simulation of piezoelectric generator with indirect contact excited by vortex-induced vibration, E3S Web of Conferences 336, 00047
[8] Silva, A.G.P., Sobrinho, J.M.B., Souto, C.D.R., Ries, A., de Castro, A.C., (2021), Design, modelling and experimental analysis of a piezoelectric wind energy generator for low-power applications, Sensors and Actuators A: Physical, 317, 112462.
