Získávání energie z úplavu za válcem pomocí piezoelementů

Mwikisa Mwikisa

Master's thesis

Abstract:

This thesis investigates the potential of harvesting energy from flow-induced vibrations using a piezoelectric cylinder subjected to airflow. The experimental setup, designed to optimise energy capture, comprises a piezoelectric element made from PZT-5A, support structures, an airflow source, and sophisticated instrumentation for data acquisition. The study begins with a detailed analysis of the airflow characteristics, determining the necessary sampling time and mapping the speed profile at various locations to identify the optimal position for the piezoelectric cylinder. Findings indicate that positioning the cylinder 8 cm from the outlet of the axial ventilator used provides the most uniform airflow, essential for maximising vibrational response and energy harvesting efficiency. Piezoelectric voltage measurements demonstrate a clear relationship between airflow speed, valve settings, and generated RMS voltage. Higher air speeds correlate with increased RMS voltage outputs, particularly at the optimal outlet valve settings, confirming the potential for precise system tuning to maximise energy harvesting.

Abstract:

Tato práce zkoumá možnosti získávání energie z vibrací vyvolaných prouděním pomocí piezoelektrického válce vystaveného proudění vzduchu. Experimentální zařízení, navržené pro optimalizaci zachycování energie, obsahuje piezoelektrický prvek vyrobený z PZT-5A, podpůrné konstrukce, zdroj proudění vzduchu a sofistikované vybavení pro sběr dat. Studie začíná podrobnou analýzou charakteristik proudění vzduchu, určením potřebné doby vzorkování a zmapováním profilu rychlosti na různých místech, aby se určila optimální poloha piezoelektrického válce. Zjištění naznačují, že umístění válce 8 cm od výstupu použitého axiálního ventilátoru poskytuje nejrovnoměrnější proudění vzduchu, což je nezbytné pro maximalizaci vibrační odezvy a účinnosti získávání energie. Měření piezoelektrického napětí prokazují jasný vztah mezi rychlostí proudění vzduchu, nastavením ventilu a generovaným RMS napětím. Vyšší rychlosti vzduchu korelují se zvýšenými výstupy RMS napětí, zejména při optimálním nastavení výstupních ventilů, což potvrzuje potenciál pro přesné vyladění systému pro maximalizaci využití energie.

Keywords

Piezoelektrické materiály, průtokem indukované vibrace, víření, získávání energie a chytré materiály

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 5. 2024

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Shehab Ashraf Ahmed Salem, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Mechanical Engineering

Master programme / field:
Machines and Equipment Design / Machines and Equipment Design