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1 109/1 航太系 王怡仁 教授 會議論文 發佈 流場激擾之壓電片分析 , [109-1] :流場激擾之壓電片分析會議論文流場激擾之壓電片分析謝彥德; 王怡仁綠能科技;獵能;壓電材料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#1234200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
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