بررسی ساختارهای برگ - ساقه مانند برداشت‌کننده ی انرژی از جریان باد با استفاده از مواد پیزوالکتریک

نوع مقاله : مروری

نویسندگان

گروه مهندسی مکانیک، دانشکده ی مهندسی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان

چکیده

این مقاله مروری بر برداشت‌کننده‌های انرژی باد به‌وسیله‌ی مواد پیزوالکتریک با ساختار برگ ـ ساقه است. هدف مقایسه پیکربندی‌های مختلف برداشت‌کننده با ساختار برگ ـ ساقه و بررسی اثرات پارامترهای طراحی بر برداشت انرژی است. به طور کلی، برداشت‌کننده‌های انرژی بر اساس نوع تعامل سیال با ساختار یا نوع پیزوالکتریک بررسی شده‌اند، اما در این تحقیق ابتدا یک تقسیم‌بندی بر اساس ساختار برداشت‌کننده انجام شده و سپس ساختارهایی شبیه برگ ـ ساقه که در آنها انرژی باد منبع برداشت انرژی است، بررسی می‌شود. توان الکتریکی که به‌وسیله‌ی مواد پیزوالکتریک از باد برداشت می‌شود در مقیاس نانووات تا میکرووات بوده و قابل مقایسه با توان توربین‌های بادی نیست. این نوع برداشت‌کننده‌ها بسیار کم‌هزینه، بی‌صدا و پاک‌اند و می‌توان از آن‌ها برای مصارف کم‌توان، برای راه‌اندازی سیستم در محل، یا به‌عنوان ذخیره‌ساز انرژی استفاده کرد. با بررسی آن دسته از پارامترهای طراحی که به بهبود عملکرد ساختار برگ ـ ساقه می‌انجامد، مشخص می‌شود که مقاومت بار، محدوده‌ی سرعت باد، هندسه‌ی برگ و ساقه، نحوه‌ی قرارگیری سیستم‌ها در جریان ـ کنار هم و با بدون وجود رگ‌برگ ـ بر فرکانس فلاتر و عملکرد برداشت‌کننده‌ی انرژی موثرند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigating the efficiency of piezoelectric wind energy harvesting in leaf-stalk structures

نویسندگان [English]

  • S. Farhani
  • A.R. Shooshtari
D‌e‌p‌t. o‌f M‌e‌c‌h‌a‌n‌i‌c‌a‌l E‌n‌g‌i‌n‌e‌e‌r‌i‌n‌g B‌u-A‌l‌i S‌i‌n‌a U‌n‌i‌v‌e‌r‌s‌i‌t‌y, H‌a‌m‌e‌d‌a‌n
چکیده [English]

In this paper, piezoelectric wind energy harvesting with leaf stalk structures is classified and the performance of each structure with different configurations is investigated. In this research, the main purpose is comparing these harvesters in terms of their structures and determining the best configuration for each environment. In other researches, energy harvesting systems have also been investigated based on the type of fluid-structure interaction or type of piezoelectric materials; however, this study investigated leaf-stalk structures in which wind energy has been the main source of energy harvesting. Although the electrical power harvested from wind energy by piezoelectric materials is by no means comparable to the power of wind turbines, these harvesters are very low-cost, small, silent, and clean and used as a replacement for batteries that become chemical waste after use. In large numbers, they can be used for low-power consumption in commercial, sports or leisure centers. By examining the design parameters that improve the performance of leaf-stalk structure, it is found that in addition to load resistance and wind speed range, leaf and stalk geometry, their configuration, and distance between two systems and the presence or absence of veins affect the frequency of the flutter and consequently the performance of the energy harvesting system. In general, among different geometric shapes, triangle leaves have had the best performance. On the other hand, if the support base is jointed, it also has a positive effect on the performance of the system. Leaves with veins produce more output power than leaves without veins. Among the leaves with veins, the Pinant leaves will increase the efficiency of the system. Due to the wind speed constraints, the dimensions, and costs, one cannot determine the best system, but the best one can be identified for the specific conditions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Energy Harvesters
  • Wind energy
  • Piezoelectric Materials
  • Fluid-Structure Interaction
  • Leaf-Stalk