流場激擾之壓電片分析
學年 109
學期 1
發表日期 2020-11-20
作品名稱 流場激擾之壓電片分析
作品名稱（其他語言）
著者 謝彥德; 王怡仁
作品所屬單位
出版者
會議名稱 中國機械工程學會第三十七屆全國學術研討會
會議地點 雲
摘要 200多年前的一場工業革命促進了人類科技的進步神速，但伴隨而來的代價是能源危機。根據世界能源會的統計，地球上的石油資源將會在50-100年內消耗殆盡，一旦用盡將會是場大災難。世界各國對此不得不做出相對應的措施，綠色科技在這樣的背景下逐漸抬頭。根據《BP世界能源統計年鑑》2020年版[1]內，去年可再生能源 的增長創下歷史新高（3.2艾焦），占全球一次能源增長的40%以上，高於其他各類燃料。可再生能源在發電領域的占比（10.4%）首次超越了核電。 利用振動產生電能的系統稱為獵能系統(Vibration Energy Harvester(VEH))，發電原理可分為電磁感應型 (electromagentic)及壓電型(piezoelectric)。電磁感應型早期模型可以追溯到Harne和Wang[2]研究提及的雙穩態振動獵能模型，經過幾位學者對此模型的改良，使雙穩態能量收集器除了在雙穩態的兩端來回振動之外，又增加了磁鐵在橫樑軸上的橫向位移，提供了更多彈性位能，利於獵取更多電能。然而，此類型的模型仍然需要線圈及磁性物質的設置，在實際應用上與壓電型相比較不利。壓電型的振動能量系統則依靠壓電材料變形，使其改變電場之後進而產生電流。此方法應用範圍廣泛，此系統能量傳遞途徑主要依靠環境中的能源，例如：車輛引擎的振動、人類自然活動產生的律動……等。 本實驗目的在於收集各類運輸管道中流場的能量，利用放置在管道間的裝置以便從流體中收集能量，並從實驗過程中探討不同參數(表一)對於能量收集器的影響，從量測結果中找出效率最高的模型。挑選管道的原因是因為管道運輸為人類五大運輸方式之一，已經有許多管道架設在世界各地，並且不斷地運輸著貨物，在運輸過程中產生的流體動力就是可利用的能量。實驗設備採用壓電型獵能系統，以兩個並排的懸臂的形式[3]固定在端點前方的位置並放置壓電片，懸臂梁自由端的頂端則帶有一個開放式半圓形的圓柱體，並逆向放置[4]使懸臂梁得以接收流體產生的負載，並在橫向上產生更多振盪現象。實驗過程中為了使懸臂樑受力更不均勻[5]以藉此產生更多震盪，所以在設備前方裝設圓柱體來增加流體擾動性。環境則以直徑約為20cm的圓形管道，利用馬達製造循環式的管內水流環境，從中觀察懸臂梁在管內的震盪情形，並利用實驗儀器量測壓電片產生的能量(圖一)與(圖二)。 對本次實驗量測的數據做初步的分析。變化較明顯的在於在圓柱體與懸臂樑前端的間距(圖三)，間距為150mm時的數據都比100mm和200mm大。由於猜測間距太大，流體經過圓柱體後產生的擾動被水阻力削減，導致能量傳不到懸臂樑前端；假如間距太小，在流場擾動影響到懸臂樑的前端前，就已經通過懸臂樑前端了。原本預測懸臂樑的間距與圓柱體直徑大小會影響結果，但此次實驗中看不出太顯著的變化(圖四)。日後將再針對其他可能影響振盪的參數進行實驗與分析。
關鍵字 綠能科技;獵能;壓電材料
語言 zh_TW
收錄於
會議性質 國內
校內研討會地點 無
研討會時間 20201120~20201121
通訊作者 王怡仁
國別 TWN
公開徵稿
出版型式
出處 中國機械工程學會第三十七屆全國學術研討會論文集，論文編號#1234
相關連結

機構典藏連結 ( http://tkuir.lib.tku.edu.tw:8080/dspace/handle/987654321/119813 )

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