球形管道内检测器示踪定位技术

为解决球形内检测器——智能球在埋地输油管道内工作时示踪定位困难的问题,针对智能球自身局限性,提出基于极低频电磁原理的智能球示踪定位方法.首先分析智能球在管道内运动规律,建立智能球示踪模型,在此基础上推导出电磁信号发射机产生磁场的解析表达式.然后根据实际应用分析影响磁场分布规律的因素,并根据磁场分布的特征,提出智能球示踪定位方法.最后搭建测试系统,在模拟管道和实际管道上进行实验验证了智能球示踪方法可行性.在埋深1 m,管径219 mm,壁厚5.6 mm的长距离输油管线上,智能球示踪方法可以实现示踪定位功能.     

压电悬臂梁振动能量收集器研究进展

能量收集技术是一种面向无线低功耗应用的供能技术,基于压电效应的悬臂梁振动能量收集是其中的一项重要方法。然而,悬臂梁式收集器仅在有限狭窄的频率带宽内有效,在实际应用中受到限制。针对近些年研究人员提出的优化方法进行了总结,从线性与非线性拓宽频带法、频率调谐法的角度进行分类讨论,这些方法对于突破悬臂梁收集器窄频带的瓶颈具有积极的意义。通过不同的研究思路介绍了一些近年的研究热点与关键技术问题,例如低频、多方向能量收集等,并对目前的应用研究进行总结;最后,对悬臂梁式压电振动能量收集器的研究不足与未来的发展趋势做出了思考。     

球形永磁阵列振动能量收集器设计与优化

为实现多方向环境能量收集,设计球形电磁式振动能量采集器。基于二维Halbach阵列设计的球面Halbach永磁阵列,较传统永磁阵列能提高线圈中磁链变化梯度,从而提高结构输出性能;建立数学解析模型,据解析结果对模型各参数进行优化;对该模型进行有限元仿真分析及实验性能测试。结果表明,该模型能有效响应空间任意方向振动,进而转化为电能;外部激励为10 Hz、激励为水平方向、负载阻值50 Ω时,该球形振动能量采集器输出电能达最大,单个线圈中最大负载功率可达0.8 mW。     

垂向动磁式压电振动能量收集器建模及实验研究

该研究展示了一种垂向动磁式压电振动能量收集器,利用垂向磁铁的非线性力改善了单一悬臂梁的收集性能;为了对该结构进行设计分析与参数优化,建立了集总参数理论模型,利用仿真对多种模式进行了研究。聚焦于低频排斥模式,利用实验开展进一步研究;使用铝合金与压电纤维材料MFC搭建了实验平台,并验证了系统的能量收集性能。实验结果表明,该结构能够有效优化能量收集性能,且在误差允许范围内,数值仿真可有效预测结构性质;基于仿真及实验,对结构中的磁铁间距及磁感应强度参数进行研究并进行了最优化,在最优化参数下带宽可提高40.6%,峰值功率可提高42.7%。     

共振频率可调式非线性压电振动能量收集器

振动能量回收技术能够将环境中的机械振动能转换成电能,进而为微功耗装置供电,具有良好的应用前景。设计了一种利用压电材料的新型振动能量收集器,该机电耦合结构由一对非对称压电悬臂梁组成,悬臂梁末端固定有永磁体,利用永磁体产生的非线性力,实现了悬臂梁共振频率与外界激振频率的匹配调节。提出了该结构的理论模型,借助Matlab/Simulink数值分析软件对理论模型进行了仿真分析,并通过实验进行了验证。实验结果表明外界激励加速度幅值为3 m/s~2的时,结构即能实现较大频带范围内的频率匹配调节,频带范围不低于6.5Hz,最大回收功率不低于2 mW。     

电磁-压电复合式机械能量收集器

微型能量收集技术是移动智能终端和物联网领域内的一项重要技术.多种换能方式和大量的能量收集器得到了许多的研究和报道.针对机械能采集,本文提出了一种基于磁悬浮的电磁-压电复合式高效能量收起器.该器件体积小、重量轻,尺寸为Φ47×27mm,重量仅有80g.电磁发电单元输出的开路电压分别为8.1V,4.2V;输出功率分别为42mW和35mW.压电发电单元输出的开路电压分别为60V,40V;输出功率分别为142mW和140mW.复合式能量采集器的平均输出功率为17.71mW,对1 000μF电容充电功率为110.39mW,复合后的衰减系数为53.45%.该复合式能量收集器可以驱动温度传感器.本文中设计的复合能量收集器对于物联网智能终端的自供电工作方案的实现具有重要的现实意义.     

球形泄漏内检测器在海底管道竖直管段的通过性

球形泄漏检测器(以下简称检测器)能够探测管道中非常小的泄漏,而且卡堵风险很小.该研究通过CFD仿真和实验对检测器在海底竖直管段的通过性进行了研究.研究结果表明:流体对检测器的推力受到流速、检测器与管道的管径比d/D的影响,而与管线压力无关.检测器受到的推力与流速呈二次函数关系.当d/D小于70%时,推力变化缓慢,但当d/D大于75%时,推力随d/D的增加而迅速增加.搭建了实验管道,设计了不同密度和大小的模型球.通过比较实验结果与仿真结果,验证了仿真方法的正确性.最后,预测了检测器样机(外径为184 mm,平均密度为1 300 kg/m3)能够在常用的经济流速(0.7 m/s~1.5 m/s)下顺利通过203.2 mm(8 inch)和254.0 mm(10inch)管道的竖直管段.     

一种微型电磁式振动能量收集器的设计研究

针对现阶段常用的能量收集器收集效率低和寿命短这个特点,本文提出了一种微型能量收集器,该微结构与收集系统相结合提高了能量收集效率,优化结构参数延长了寿命。本文首先就电磁式振动能量收集器设计的一般原理进行分析,利用ANSYS Workbench有限元仿真软件,针对不同梁结构的能量收集器进行静力学和模态分析,并进一步研究四梁能量收集器的梁长、宽及高对最大位移和频率的影响,最后利用ncode-Designlife针对四梁结构寿命特性分析,得到较高加速度冲击条件下寿命可达3.092×10~(18)次的微型能量收集器。     

柱棒式超磁致伸缩能量收集器的设计与实验

为了能够利用自然界中的振动能量,弥补传统微器件供能方式的不足。设计制作了一种以超磁致伸缩材料(GMM)为基础的振动能量收集装置,并通过实验加以验证其能量收集特性;首先,通过对超磁致伸缩材料物理特性的分析,进行了能量收集装置理论建模与仿真分析;然后,根据仿真分析的结果设计了一套柱棒式的超磁致伸缩能量收集器;最后,通过搭建实验平台进行了效果验证。实验结果表明:当输入激振信号频率f_n不变,振动能量收集装置输出电压峰-峰值和输入振动信号的幅值F_m成正比;当输入振动信号幅值F_m不变,振动能量收集装置输出电压峰-峰值和输入激振信号的频率fn成正比;在激振应力最大值为2.54 MPa、频率100 Hz的正弦激振条件下,感应线圈100匝的实验条件下,超磁致伸缩振动能量收集器输出电动势峰-峰值为136.4 mV,与理论值(156 mV)符合较好,且波形一致。     

混合激励压电振动能量收集器的机电响应分析EI北大核心CSCD

为提高压电振动能量收集器在多种能量环境下的工作效率,旨在研究一种基础激励和风流体混合激励下压电振动能量收集器的机电响应性能。根据Euler-Bernoulli弹性梁振动理论建立了混合激励下压电悬臂梁的分布参数模型,通过建立机电耦合降阶模型得到了系统的第一阶模态机电控制方程,利用机电解耦方法推导了系统响应的解析解,讨论了负载电阻、风速对系统固有频率及机电阻尼的影响,分析了负载电阻、加速度及风速对系统发电性能的影响,验证了理论模型的正确性。结果表明,与基础激励相比,混合激励不但增大系统的能量收集功率,而且可在更宽的频带区间内收集能量。     

微管道内湍流转捩的实验研究

研究旨在确定微管道内流动从层流到湍流转捩的临界雷诺数。利用微观粒子图像测速技术(Micro-PIV)研究了去离子水在内径为230μm的圆形截面玻璃微管道内的流场结构,得到了从层流到充分发展湍流各流动状态下的轴向平均速度分布和湍流度分布,实验雷诺数为1020~3145,同时研究了微管道内的流动阻力特性。平均速度场和脉动速度场的实验结果表明微管道内从层流到湍流的转捩发生在Re=1800~1900左右,与流动阻力的测量结果一致,与宏观流动比较,并未发现微管道内的流动转捩有明显提前。实验结果还显示,当Re>2700时,微管道内的平均流速分布和相对湍流度分布呈现典型的充分发展湍流状态特征。     

针对远程无线开关的电磁式冲击能量收集器研究

远程无线开关控制面板的应用大大改善了人们的生活质量.研究了一种电磁式冲击能量收集器,实现了无线开关面板的无电池、自供能工作.提出了E型和U型两种铁芯的冲击式能量收集器结构,分析了工作原理.采用ANSYS Maxwell软件分析了收集器的磁力线分布、输出电压、输出功率等性能,完成了样机尺寸的优化设计.加工组装了E型铁芯的...     

一种宽频压电能量收集装置的建模与实验研究

为拓宽振动压电能量收集装置工作频带宽度,提出一种新型两自由度分段线性能量收集结构,同时为便于未来对该装置进一步的关键参数优化与微小型设计,提出该结构的理论模型并给出解析解结果,通过对实验样机加工与实验平台搭建得到所提出装置发电性能实验结果。对比理论值与实验值表明,所提出装置在第一共振区间与第二共振区间的工作频带宽度分别为2.2 Hz与4.5 Hz,总频带宽度达到6.7 Hz,与相对应两自由度线性系统比较,其拓宽效果达到4.78倍。在误差允许范围内,装置发电性能解析解结果与实验值基本保持一致,所提出装置能够有效拓宽发电工作频带宽度。     

磁力耦合压电振动能量采集器研究

提出一种基于汽车减振器的磁力耦合压电振动能量采集器,可以采集更多的振动能量,并减少振动引起的冲击力。该设计中包括永磁铁阵列和弯张压电单元阵列。磁力耦合作用将不规则的往复振动转换成单向磁排斥力作用,并通过弯张结构放大作用于压电片。建立磁-机-电耦合模型并进行实验。实验结果表明:在以固定频率f=12 Hz、13 Hz和15 Hz输出时,增加随机振动信号的幅值,压电俘能器所俘获的电压幅值也随着增大,且输出的电压峰值与振动信号幅值峰值点一致;同时发现幅值相近时,在振幅可视为相等情况下,振动信号频率不同,电压幅值维持不变,电压信号频率改变。该设计结构紧凑,可以集成于汽车减振器中而不显著增加器件体积。     

多稳态压电振动能量采集器的非线性动力学特性及其实验研究

为了提高非线性双稳态压电振动能量采集器的输出性能,提出了一种基于磁?机?压电耦合的非线性多稳态振动能量采集器,通过在双稳态压电振动能量采集器模型基础上增加一对外部磁铁,构造了具有四个稳态的非线性压电振动能量采集器.利用磁偶极子理论建立了采集器悬臂梁末端磁铁与外部磁铁之间的非线性磁力模型;利用Hamilton原理和Ral...     

削弱接受受内反射激波能量的实验研究

通过对现有的削弱气波机接受管内激波能量的方法进行一一比较后提出了一种新的削弱反射激波能量的方法，即利用一种新型的填料－“多孔填料”使之与反射激波相互作用，削弱其能量，达到提高制冷效率的目的，通过实验对这种方法的可行性进行了验证，并对现象进行了简单的理论分析。     

聚丙烯压电驻极体的振动能量采集研究

以线性聚丙烯(PP)为原材料,经压缩气体膨化处理和电晕极化处理后,使其具有压电效应,并将其应用在振动能量采集器中。结果表明,PP压电驻极体在厚度方向上的弹性模量和机械品质因数(FOM,d33·g33)分别为1.7 MPa和8.4GPa~(-1),利用面积为3.14cm~2单层膜进行能量采集,当振子质量为25.6,33.7和57.7g时,其共振频率分别为2 300,2 000和1 800 Hz,在各自的匹配负载条件下,获得的输出功率分别为10.1,13.2和16.9μW/g~2。将两片PP膜电学串联,当振子质量为33.7g时,在共振频率1 400Hz和匹配负载4.3 MΩ的条件下,可以获得的输出功率为15μW/g~2。     

压电振动能量收集装置研究现状及发展趋势

摘要：随着无线技术及微机电技术的日益发展,以化学电池为主的供能方式的弊端日渐显露,压电振动能量收集装置以其结构简单、清洁环保及易于微型化等诸多优点而得到了极大重视。本文从振动能量收集常用的压电材料及其压电性入手,从压电振动能量收集装置的结构设计和能量收集电路设计两方面对其进行阐述。在结构设计方面,以压电振动能量收集结构的方向性和响应频带为主线,详细介绍了国内外研究者在压电振动能量收集装置结构设计上的变化与创新;在能量收集电路设计方面,以能量收集效率的提高为主线,介绍了电路结构的优化改进。最后,总结了压电振动能量收集装置未来的研究趋势和方向,为从事压电振动能量收集研究的人员提供参考。     

管道内冰浆流动压降特性模拟和实验研究

本文采用以颗粒相动力学为基础的Euler-Euler模型,利用FLUENT研究冰浆在水平直管、90°弯管和T型管中的流动压降特性(计算过程不考虑相变)。模拟结果显示,在管道入口处压降较明显,90°弯管拐弯后内侧压力小于外侧,T型管在分流直角拐角处出现压力最高点和最低点。冰浆流动实验发现,冰浆单位压降随流速和含冰率的增加而增大,且3种管型中直管压降最小,T型管压降最大。对比实验与模拟结果,单位压降随流速的变化趋势一致,且误差在20%以内,但在大流速时,模拟值大于实验值。     

管道内水雾对冲击波衰减作用的实验研究

采用直径200 mm立式激波管,进行了管道内水雾对冲击波衰减作用的实验研究.实验结果表明,冲击波衰减率与水雾密度、雾滴直径和雾区厚度有关.相同雾滴直径时,水雾密度越大,冲击波的衰减率越大相同水雾密度时,水雾的雾滴直径越小,冲击波的衰减率越大.