بررسی اثر چیدمان‌ های متفاوت تیر پیزوالکتریک در برداشت انرژی از ارتعاشات گردابه‌ای حول سیلندر دایره‌ای

در این تحقیق به منظور برداشت انرژی از پدیده ارتعاشات ناشی از گردابه جریان سیال، از مدل سیلندر و تیر پیزوالکتریک استفاده شده است. با توجه به اینکه چیدمان‌های مختلف تیر پیزوالکتریک می‌تواند در میزان انرژی استحصال شده تاثیرگذار باشد در این مطالعه سه مدل چیدمان نصب تیر یکسرگیردار پیزوالکتریک در گردابه‌های پشت سیلندر دایره‌ای بررسی شده است. بدین منظور یک مدل کوپل سه طرفه سیال- جامد-پیزوالکتریک به صورت عددی در رژیم جریان سیال آشفته، لزج و ناپایا تعریف شده است. در چیدمان اول، یک تیر، در چیدمان دوم، سه تیر با آرایش موازی و در چیدمان سوم، سه تیر با آرایش مثلثی در گردابه‌های موجود در پشت سیلندر دایره‌ای قرار می‌گیرند و شبیه‌سازی‌ها به ازای مقادیر مختلف مقاومت الکتریکی و تاثیر آن بر دامنه ارتعاشات، نسبت فرکانس، ولتاژ و توان خروجی بررسی می‌شود. در گام اول مقدار فرکانس ریزش گردابه‌های جریان سیال در هر یک از چیدمان‌ها اندازه‌گیری شده است. در گام دوم نشان داده شده است که بیشترین دامنه نوسان و نسبت فرکانس در مقدار مقاومت 1000 اهم می‌باشد و با افزایش مقاومت، مقدار آن کم می‌شود. در گام سوم نشان داده شده است که با افزایش مقاومت، ولتاژ تولیدی به طور قابل‌توجهی افزایش می‌یابد و حداکثر ولتاژ در مقدار مقاومت 100 مگااهم حاصل می‌شود و در مقابل حداکثر توان در مقادیر کم مقاومت الکتریکی به‌دست می‌آید. در نهایت مشخص می‌شود که در آرایش موازی تیرها به دلیل میرایی کمتر ناشی از برهمکنش قوی‌تر بین تیرها و لایه‌های برشی، دامنه ارتعاشی بزرگ‌تر و خروجی الکتریکی بسیار بیشتری رخ می‌دهد.

effect of various arrangements of piezoelectric beam on energy harvesting of vortex induced vibration of circular cylinder

in this study, in order to harvest energy from the vortex-induced vibration of fluid flow, piezoelectric beams mounted behind a circular cylinder are considered, and the effect of various arrangements of the beams is studied. to reach this goal, a three-way coupling model in the turbulent, unsteady, and viscous flow regime is numerically investigated. the simulations are investigated for different values of electrical resistance and its effect on vibration amplitude, frequency ratio, voltage, and power output are compared. it has been shown that the maximum oscillation amplitude and frequency ratio occurs by a resistance value of 1000 ω and its value decreases with the increase of resistance. furthermore, by growing the load resistance, the generated voltage goes up significantly and the maximum voltage is obtained in the load resistance as 100 mω, contrastingly, maximum power is obtained at low values of the load resistance. finally, it is found that in the parallel arrangement of beams, due to less damping ratio due to stronger interaction between beams and shear layers, larger vibration amplitude, and much more electrical output occurs.