شبیه‌سازی عددی برداشت انرژی از یک صفحه انعطاف‌پذیر پشت یک سیلندر با استفاده از ارتعاشات ناشی از جریان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه یاسوج

2 دانشکده مهندسی مکانیک- دانشگاه یاسوج

چکیده

شبیه‌سازی و بررسی برداشت انرژی از یک صفحه‌ی پیزوالکتریک، که بر روی یک تیر الاستیک تعبیه شده و در پشت سیلندر قرار گرفته، از طریق ارتعاشات ناشی از جریان موضوع مورد بررسی در پژوهش حاضر می‌باشد. در ابتدا نتایج جریان اطراف یک سیلندر ساکن در رینولدز 200 با پژوهش‌های پیشین مورد اعتبارسنجی قرار می‌گیرد. سپس، با قرار دادن یک تیر الاستیک و پیزوالکتریک در پشت سیلندر، جریان اطراف سیلندر و اندرکنش بین سازه‌ها و سیال بررسی می‌گردد. در همین راستا، فرآیند یافتن بهینه‌ترین حالت برداشت انرژی برای مکان قرارگیری تیر الاستیک، طول تیر و نقطه‌ی گیردار تیر الاستیک در هندسه‌های مختلف انجام می‌شود. نتیجه بررسی‌های انجام شده، حالت بهینه‌ای با طول تیر الاستیک 2D، فاصله‌ی قرارگیری تیر از پشت سیلندر 2.5D و حالتی که تیر از سمت راست ثابت شده باشد است، که در آنها D قطر سیلندر می‌باشد. در این مسأله هم تأثیر حضور تیر بر روی کاهش ضرایب لیفت و درگ و هم تاثیر آن بر مقدار ولتاژ برداشت شده از لایه‌ی پیزوالکتریک مورد بررسی قرار گرفت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical simulation of energy harvesting from a flexible plate behind a cylinder using flow induced vibrations

نویسندگان [English]

  • Mahnaz Poormomeni firoozabadi 1
  • Ali Tayebi 1
  • Younes Shekari 2
1 دانش آموخته
2 Mechanical Engineering Department, Faculty of Engineering, Yasouj University
چکیده [English]

Energy harvesting is the process of converting different kinds of energy, such as solar, thermal, kinetic energy of fluid etc. to a usable form of energy. Different kinds of transduction mechanisms are used for energy harvesting. The piezoelectric mechanism has received considerable interest because of its advantages such as ease of application and working over a wide range of frequencies. Simulation and investigation of energy harvesting from a piezoelectric plate, which is mounted on an elastic beam and located behind a cylinder, through the flow induced vibrations, is the subject of the present research. First, the results of the lift and drag coefficients in the fluid flow around a stationary cylinder at Reynolds 200 are compared and validated with the previous studies. After that, by placing an elastic beam and a piezoelectric behind the cylinder, flow around the cylinder and the fluid-solids interactions are investigated. Due to vortex shedding phenomenon, which is happened in the fluid flow past the cylinder, the elastic piezoelectric beam deforms periodically and thus mechanical energy of the flow is converted into the electrical energy. In this problem, the beam effect on both the drag/lift reduction and the amount of voltage extracted from the piezoelectric layer were investigated, and the optimal mode obtained was selected based on the extraction of more energy. In this regard, the process of finding the most optimal energy harvesting mode for the location of the elastic beam, the length of the beam and the fixed point of the elastic beam in different geometries, is carried out. The results of the optimal investigations are as the length of the elastic beam of 2D, the distance of the beam from the back of the cylinder 2.5D and the state in which the beam is fixed from the right side, where D is the diameter of the cylinder.

کلیدواژه‌ها [English]

  • energy harvesting
  • piezoelectric
  • flow induced vibrations
  • flexible plate