مدلسازی اجزاء محدود سیال-جامد-پیزوالکتریک به منظور بررسی راه‎های بهبود عملکرد میکرو جاذب انرژی پیزوالکتریک در جریان سیال

Abstract

در این مقاله با استفاده از روش اجزاء محدود، یک مدل کوپل سیال- جامد- پیزوالکتریک برای مطالعه و بهبود عملکرد یک میکرو مبدل پیزوالکتریکی توسعه یافته که برای جذب انرژی از جریان سیال طراحی شده است. در این جاذب انرژی، عبور جریان لزج و آشفته سیال از روی یک جسم مانع سبب وقوع پدیده جدایش گردابه می‎گردد. جدایش پریودیک گردابه‎ها موجب اعمال یک نیروی برّای نوسانی به تیر پیزوالکتریکی می‎شود که در پایین دست جسم مانع قرار گرفته است. نوسانات حاصله در تیر با توجه به خاصیت پیزوالکتریکی منجر به تولید جریان و انرژی الکتریکی خواهد شد. معادلات ناویر- استوکس و روش شبیه‎سازی گردابه بزرگ برای توصیف رفتار جریان آشفته سیال، و معادلات پیوستگی مومنتوم خطی به همراه روابط ساختاری پیزوالکتریک به فرم کرنش- بار برای تعیین تغییر شکل جامد و شدت میدان الکتریکی تولیدی به کار گرفته شده‎اند. با طراحی آزمون‎های عددی به روش تاگوچی، تأثیر پارامترهای مختلف بر عملکرد برداشت کننده مطالعه شده است. مطابق با نتایج بدست آمده، انتخاب شکل مثلثی یا دی-شکل برای جسم مانع و اتخاذ کمترین مقدار ممکن برای نسبت طول به ارتفاع جسم مانع، فاصله تیر تا مانع جسم، و خروج از مرکز تیر نسبت به جسم مانع برای بهبود عملکرد جاذب سودمند است. ضمن اینکه شکل جسم مانع مؤثرترین پارامتر مورد بررسی در پژوهش حاضر بوده است.