برداشت انرژی از تیر پیزوالاستیک با جرم متمرکز تحت اثر ارتعاشات القایی گردابه ‏ای حول یک استوانه

برداشت انرژی از ارتعاشات موجود در طبیعت و تبدیل آن به انرژی الکتریکی سبب بازیافت انرژی‏های تلف‏شده و استفاده بهینه از آنها می‏شود. انرژی الکتریکی حاصل‏شده می‏تواند به عنوان منبعی ارزان، مداوم و پاک به منظور تغذیه تجهیزات کم‏مصرف نظیر سنسورها، عملگرها، کنترل‏کننده‏ها، تجهیزات پزشکی و غیره مورد استفاده قرار گیرد. این مقاله شامل یک استوانه افقی صلب است که صرفا دارای حرکت عمودی بوده و به وسیله 4 فنر مقید شده است. در اثر برخورد باد با استوانه، نیروی القایی گردابه‏ای به استوانه وارد گردیده و باعث ارتعاش در جهت عمود بر جریان باد می‏گردد. داخل این استوانه یک سیستم برداشت کننده انرژی پیزوالاستیک قرار داده شده است که از طریق بخش گیردار تیر، به استوانه افقی متصل است. در واقع با حرکت استوانه افقی از طریق ارتعاش پایه، نیرو به انتهای تیر منتقل شده و باعث ارتعاش تیر پیزوالاستیک می‏شود. نیروی غیرخطی القایی گردابه‏ای[i] در اثر برخورد باد با استوانه افقی به کمک معادله وندرپل[ii] محاسبه و اثر آن در ارتعاش سیستم معادل مورد بررسی قرار می‏گیرد. سپس به کمک المان پیزوالکتریکی که روی تیر نصب شده است، انرژی الکتریکی به صورت ولتاژ برداشت خواهد شد. در اینجا سرعت باد بهینه و همچنین مقاومت بهینه برای اینکه توان الکتریکی خروجی بیشینه شود، محاسبه می‏گردد. در انتها اثر پارامترهای مختلف روی توان خروجی بررسی می‏گردد. [i]. Vortex induced vibrations[ii]. Van der Pol