钝体尾流－压电薄膜涡激共振能量采集多场耦合机理的高频响TR-PIV实验研究

随着微型传感器网技术及其工程应用的提高，对于处在流体环境下的微机电设备而言，利用旋涡流动的周期性激励与柔性压电薄膜抖动运动之间的多场耦合效应采集能量以实现连续自持供电具有很强的科学意义和应用价值。利用压电薄膜涡激共振采集能量这一创新技术是一种涉及旋涡流动－薄膜抖动运动－压电薄膜电流输出的复杂多场耦合问题。本课题拟采用高频响TR-PIV光学实验测量技术，对压电薄膜涡激共振能量采集机理进行系统的基础实验研究，同步测量得到旋涡输运及其与薄膜抖动耦合过程中的演变特征，以及压电薄膜电压输出信号的强度变化，综合了解压电薄膜涡激共振过程的能量采集机理，分析旋涡流动－薄膜抖动－压电效应电压输出之间的多场耦合特征，建立压电薄膜涡激共振动力学数学模型。通过实验研究薄膜大小、布置方式和位置对能量采集功率的影响，为优化压电薄膜涡激共振能量采集系统提供科学依据和理论指导。

随着微型传感器网技术及其工程应用的提高，对于处在流体环境下的微机电设备而言，利用旋涡流动的周期性激励与柔性压电薄膜抖动运动之间的多场耦合效应采集能量以实现连续自持供电具有很强的科学意义和应用价值。利用压电薄膜涡激共振采集能量这一创新技术是一种涉及旋涡流动－薄膜抖动运动－压电薄膜电流输出的复杂多场耦合问题。本课题在这一背景下开展的，主要是采用高频响TR-PIV 光学实验测量技术，对压电薄膜涡激共振能量采集机理进行系统的基础实验研究，同步测量得到旋涡输运及其与薄膜抖动耦合过程中的演变特征，以及压电薄膜电压输出信号的强度变化，综合了解压电薄膜涡激共振过程的能量采集机理，分析旋涡流动－薄膜抖动－压电效应电压输出之间的多场耦合特征，建立压电薄膜涡激共振动力学数学模型。通过实验研究薄膜大小、布置方式和位置对能量采集功率的影响，为优化压电薄膜涡激共振能量采集系统提供科学依据和理论指导。. 通过本课题的研究，构筑了钝体尾流－PVDF 压电薄膜涡激共振理论模型，明确各个参数包括速度场、薄膜形变和电压信号之间的非定常耦合关系，得到钝体尾流旋涡激励下的柔性压电薄膜动力学数学模型。结合多场耦合实验测试结果，采用旋涡动力学和薄膜动力学理论，研究薄膜钝体流向间距大小对薄膜抖动运动特征和能量采集功率的影响。. 相关研究成果发表在国际SCI期刊论文8篇，1篇国内学术期刊论文，1篇国内学术会议论文。此外，还受邀在2014年的全国空气动力学测控会议上做大会报告，介绍了本项目的研究成果多场耦合实验测试技术。另有2篇国际SCI期刊论文投稿评审中。