اخبار و اعلانات
آمار
| تعداد نشریات | 35 |
| تعداد شماره‌ها | 1,285 |
| تعداد مقالات | 9,288 |
| تعداد مشاهده مقاله | 8,611,534 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 5,278,492 |
شبیه‌سازی عددی ارتعاشات القایی تیغه پیزوالکتریک و مطالعه اثر افزایش جرم نوک تیغه بر فرکانس تشدید و میزان ولتاژ تولیدی | ||
| مکانیک سیالات و آیرودینامیک | ||
| مقاله 11، دوره 13، شماره 2 - شماره پیاپی 33، آذر 1403، صفحه 145-156 اصل مقاله (1.42 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| نویسندگان | ||
| محمد کاظم مؤیدی* 1؛ الهه رازانی2 | ||
| 1دانشیار، دانشگاه قم، قم، ایران | ||
| 2کارشناسی ارشد، دانشگاه قم، قم، ایران | ||
| تاریخ دریافت: 16 خرداد 1403، تاریخ بازنگری: 07 مهر 1403، تاریخ پذیرش: 22 آبان 1403 | ||
| چکیده | ||
| امروزه موضوع تأمین انرژی یکی از چالش‌های کلیدی به شمار می‌رود. در تحقیقات سال‌های اخیر به‌منظور جستجو برای منابع انرژی پایدار، تجدیدپذیر و ارزان، برداشت انرژی از ارتعاشات ناشی از جریان سیال از اهمیت بالایی برخوردار است. در پژوهش حاضر، یک دستگاه برداشت انرژی از ارتعاشات ناشی از جریان هوا، متشکل از یک‌تیغة پیزوالکتریک موردمطالعه قرار گرفته است. این تیغه با فاصلۀ مشخصی در پایین‌دست یک سیلندر دایروی در معرض جریان سیال قرار دارد و شبیه‌سازی رفتار آن به کمک یک کد UDF اعمال شده در محیط نرم‌افزار فلوئنت انجام شده است. بر طبق نتایج به‌دست‌آمده از این مطالعه، جرم تیغۀ دربردارندۀ لایه پیزوالکتریک یکی از مهم‌ترین عوامل مؤثر بر میزان برداشت انرژی است و افزایش آن موجب بهبود در میزان ولتاژ خروجی خواهد شد. همچنین در این مطالعه تمرکز ویژه بر بررسی احتمال وقوع پدیدۀ تشدید با تغییر در مقدار جرم نوک تیغه قرار دارد و مشاهده می‌شود که با افزایش جرم قرار گرفته بر نوک تیغه از 9/0 به 5/1 گرم، به دلیل کاهش فرکانس طبیعی تیغه، سرعت مورد نیاز جریان سیال برای وقوع پدیده تشدید تا 20 درصد می‌تواند کاهش یابد. در این پژوهش اثر تغییرات جرم افزوده بر نوک تیغه به‌ازای 3 مقدار مختلف بررسی شده که در تحقیقات پیشین مشاهده نمی‌شود | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| دینامیک سیالات محاسباتی؛ برداشت انرژی؛ تیغه پیزوالکتریک؛ پدیده تشدید؛ ارتعاشات القایی | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Numerical Simulation of Induced Vibrations of the Piezoelectric Blade and Studying the Effects of Increasing Blade Tip Mass on the Resonant Frequency and the Output Voltage | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Mohammad Kazem Moayyedi1؛ Elaheh Razani2 | ||
| 1Associate Professor, University of Qom, Qom, Iran | ||
| 2Master's degree, University of Qom, Qom, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Nowadays, the issue of energy supply is one of the key challenges. In recent years, in order to search for sustainable, renewable, and low cost energy sources, energy harvesting from vibrations caused by fluid flow has great importance. In the present study, an energy-harvesting device from airflow vibrations consisting of a piezoelectric blade has been studied. The blade is exposed to fluid flow at a certain distance downstream of a circular cylinder, and its behavior is simulated using a UDF code implemented to the Fluent software. According to the results of this study, the mass of the blade containing the piezoelectric layer is one of the most important factors affecting the rate of energy harvesting and increasing it will improve the output voltage. Also, in this study, the special focus is on investigation the possibility of resonance phenomenon with a change in the mass of the blade tip. It is observed with increasing mass on the blade tip from 0.9 to 1.5 g, due to the reduction of the natural frequency of the blade, the velocity of the fluid flow required for the resonance phenomenon can be reduced by up to 20%. In this research, the effect of changes of mass which is added on the tip of the blade was investigated for 3 different values, which was not observed in the previous researches. . | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Computational Fluid Dynamics (CFD), Energy Harvesting, Piezoelectric Blade, Resonance, Induced Vibrations | ||
| مراجع | ||
|
[1] Akaydin H, Elvin N, Andreopoulos Y, Energy Harvesting from Highly Unsteady Fluid Flows using Piezoelectric Materials”, Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 2010; 21(13):1263-1278. DOI 10.1177/1045389X10366317. [2] J. Hobeck, D. Inman, Artificial piezoelectric grass for energy harvesting from turbulence-induced vibration. Smart Materials and Structures. 2012; 21(10), DOI 10.1088/0964-1726/21/10/105024. [3] Song R., Shan X., F. Lv, T. Xie, A study of vortex-induced energy harvesting from water using PZT piezoelectric cantilever, 41 S768-S773, (2015). [4] L. Zhao, Y. Yang. On the modeling methods of small-scale piezoelectric wind energy harvesting. Smart Structures and Systems. 2017; 19(1), pp. 67-90, DOI 10.12989/sss.2017.19.1.067. [5] Y. Hu, B. Yang, X. Chen, X. Wang, J. Liu, Modeling and experimental study of a piezoelectric energy harvester from vortex shedding-induced vibration. Energy Conversion and Management. 2018; 162, pp.145-158, DOI 10.1016/j.enconman.2018.02.026. [6] L. Ding, L. Zhang, C. Wu, X. Mao, D. Jiang. Flow induced motion and energy harvesting of bluff bodies with different cross sections. Energy Conversion and Management, 2015; 91, pp. 416-426, DOI 10.1016/j.enconman.2014.12.039 [7] X. Shan, H. Li, Y. Yang, J. Feng, Y. Wang, T. Xie. Enhancing the performance of an underwater piezoelectric energy harvester based on flow-induced vibration Energy. 2019; 172(1), pp.134-140, DOI 10.1016/j.energy.2019.01.120 [8] F.-R. Liu, W.M. Zhang, L.C. Zhao, H.X. Zou, T. Tan, Z.-K. Peng, G. Meng. Performance enhancement of wind energy harvester utilizing wake flow induced by double upstream flat-plates. Applied Energy. 2020; 257, 114034, DOI 10.1016/j.apenergy.2019.114034. [9] Firouzi P, Ebrahimi A., and Hosseini R. Energy Harvesting from Nonlinear Vibrating System Using Two Impacting Cantilever Beam. Aerospace Mechanics Journal. 2019; 15,(1), pp.75-88, DOI 20.1001.1.26455323.1398.15.1.7.4 [10] Hosseini, R., M. Hamedi. Analytical and experimental investigation of partially covered piezoelectric cantilever energy harvester. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 2017; 18(3), pp.415-424, DOI 10.1007/s12541-017-0050-3 [11] Hosseini R, Hamedi M. Improvements in energy harvesting capabilities by using different shapes of piezoelectric bimorphs, Journal of Micromechanics and Microengineering. 2015; 25(12): 1-14 DOI 10.1088/0960-1317/25/12/125008 [12] Hosseini R., Hamedi M. An investigation into resonant frequency of triangular V-shaped cantilever piezoelectric vibration energy harvester. Journal of Solid Mechanics, 2016; 8(3), pp.560-567, DOI 20.1001.1.20083505.2016.8.3.7.9 [13] E. Izadpanah, Y. Amini, A. Ashouri. A comprehensive investigation of vortex induced vibration effects on the heat transfer from a circular cylinder. International Journal of Thermal Sciences, 2018; 125, pp. 405-418, DOI 10.1016/j.ijthermalsci.2017.12.011. [14] N. Mahír, Z. Altaç. Numerical investigation of convective heat transfer in unsteady flow past two cylinders in tandem arrangements. International Journal of Heat and Fluid Flow, 2008; 29(5), pp.1309-1318, DOI 10.1016/j.ijheatfluidflow.2008.05.001. [15] L. Lu, M.-m. Liu, B. Teng, Z.-d. Cui, G.-q. Tang, M. Zhao, L. Cheng. Numerical investigation of fluid flow past circular cylinder with multiple control rods at low [16] Elvin, N., Lajnef, N. and Elvin, A. Feasibility of Structural Monitoring with Vibration Powered Sensors. Smart Materials and Structures. 2006; 15(4), pp.977-986, DOI 10.1088/0964-1726/15/4/011. [17] Heidari M , Moayyedi M.K, Numerical Simulation of Induced Vibrations Due to Low-Frequency Flow Oscillations Around Piezoelectric Blades to Design the Best Configuration for Energy Harvesting. Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, 2022; 54(9): pp.2009-2040, DOI 10.22060/mej.2022.21049.7367 [18] E. Razani, Numerical Simulation of the Unsteady Flow and Induced Vibrations of Piezoelectric Energy Harvesting Blades and Studying the Effect of Resonance on Variations of Electrical Energy. M.Sc. Thesis in Mechanical Engineering, University of Qom, 2022. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 124 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 18 |
||