Skip to main content
SUPERVISOR
Hamidreza Mirdamadi,Mohammad Silani
سیدحمیدرضا میردامادی (استاد راهنما) محمد سیلانی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Payam Mohammadi
پیام محمدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Improvement of Vibrational Model for Aeroelastic Energy Harvesting Systems with Different Airfoils
With the increasing world population and the limited availability of renewable energy sources, all countries face the challenge of energy production. The need to pay attention to renewable energy sources is useful in removable piezoaeroelastic harvesters in order to prevent the loss of this type of energy. In this type of harvester, energy is harvested through interaction between the structure and the fluid, and then transferred into electrical energy at the scale of milliwatt or microwatt. In the present study, it is tried to increase the efficiency of energy harvesting models. Cantilevered beam is considered, in which there are two piezoelectric layers on the top and bottom of the beam, which are underlying its base excitation, and at the free end of the beam, the airfoil is hinged and exposed to the air flow. A similar model is also modeled, with the difference that the circular cylinder is attached at the free end of the beam. The purpose is to investigate the start speed of the flutter and the nonlinear response of the systems in both linear and nonlinear geometric strains afterwards. In order to investigate the speed of the start of the flutter, for the models (airfoil and circular cylinder), the Peters linear model was used for simplicity and better application, and the linearized model of the Van der Pol equation was used around the origin coordinates, respectively. To investigate the nonlinear response of the airfoil fluctuation, an ONERA model describing dynamic stall is used and for the circular cylinder, the use of the Van der Pol model is used. It is also assumed that the base excitation is harmonic. At the first, the nonlinear differential equation governing the transverse vibration of the beam was converted to a number of ordinary differential equations using the Galerkin method and then dissolved by a Rang-Kuta numerical method. Finally, by studying the response of the governing equations, the influence of system parameters on the vibrational behavior of the beam and the output voltage is studied. The results show that applying the base excitation increases the amplitude of the vibration and output voltage for both models. In addition, the displacement of the ends of the beam, the flap rotational airfoil and the output voltage for both models in linear and nonlinear states are investigated and compared. The results show that, in the nonlinear state, the vibrational amplitude and the output voltage are increased compared to the linear state. Keywords : Energy harvesting, Airfoil, Aeroelasticity, Flutter, ONERA model, Peters model, Dynamic stall, Van der Pol
با افزایش روز افزون جمعیت جهان و محدود بودن منابع انرژی تجدید‌پذیر، کلیه‌ کشور‌ها با چالش تولید انرژی روبه‌رو هستندکه ضرورت توجه به منابع انرژی تجدیدپذیر، در برداشت‌گرهای پیزوهواکشسان برای جلوگیری از هدر رفت این نوع از انرژی، مفید می‌باشد. دراین نوع از برداشت‌گرها، از طریق اَندرکٌنش بین سازه و سیال، انرژی برداشت شده و سپس به صورت انرژی الکتریکی در مقیاس‌ میلی‌وات یا میکرو‌وات ذخیره می‌شوند. در پژوهش حاضر تلاش بر آن بوده تا بازده‌ مدل‌های برداشت‌گر انرژی، به گونه‌ای افزایش داشته باشند. یک تیر یک‌سر گیردار در نظر گرفته می‌شود که در بخش گیردار آن، دو لایه پیزوالکتریک در بالا و پایین تیر قرار دارد که تحت برانگیزش پایه می‌باشد و در انتهای آزاد تیر نیز بال‌واره‌ای دوکی‌شکل لولا شده‌ و در معرض جریان هوا قرار دارد. هم‌چنین مدل مشابه دیگری نیز مدل‌سازی شده‌است با این تفاوت که بال‌واره‌ی استوانه‌ای شکل در انتهای آزاد تیر به آن جوش شده است. هدف، بررسی سرعت شروع فلاتر و پاسخ غیرخطی سامانه‌ها در دو حالت کرنش خطی و غیرخطی هندسی پس از آن می‌باشد. برای بررسی سرعت آغاز فلاتر، برای مدل‌ها (بال‌واره‌ها‌ی دوکی‌شکل و استوانه‌ای) به ترتیب از مدل خطی پیترز به دلیل سادگی و کاربرد بهتر و مدل خطی‌سازی شده‌ی معادله‌ی وَن‌درپٌل حول مبدا مختصات استفاده شده است. برای بررسی پاسخ غیرخطی بال واره‌ی دوکی‌شکل، از مدل ، که رفتارواماندگی پویا را توصیف می‌کند استفاده شده و برای بال‌واره‌ی استوانه‌ای نیز از مدل وَن‌درپٌل استفاده شده است . هم‌چنین فرض شده است که برانگیزش پایه به صورت هارمونیک باشد. در ابتدا معادله‌ی دیفرانسیلی پاره‌ای غیرخطی حاکم بر ارتعاش عرضی تیر با به کارگیری روش گالرکین به تعدادی معادله دیفرانسیل معمولی تبدیل شده و سپس به روش عددی رانگ-کوتا حل شده‌اند. در نهایت با بررسی پاسخ معادله‌های حاکم، به مطالعه‌ی تاثیر پارامترهای سیستم بر رفتار ارتعاشی تیر و ولتاژ خروجی پرداخته می‌شود. نتایج نشان می‌دهد که برانگیزش پایه، موجب افزایش دامنه‌ی ارتعاشی و ولتاژ خروجی برای هر دو مدل‌ می‌گردد. علاوه بر این جابه‌جایی انتهایی تیر، میزان چرخش بال‌واره‌ی دوکی‌شکل و ولتاژ خروجی برای هر دومدل در حالت خطی و غیرخطی بررسی شده و با هم مقایسه شده‌اندکه نتیجه‌های حاصل از آن نشان می‌دهد که، درحالت غیرخطی دامنه‌ی ارتعاشی و ولتاژ خروجی نسبت به حالت خطی، افزایش داشته است. کلمات کلیدی : برداشت انرژی، بال ‌ واره، هواکشسان، فلاتر، مدل ، واماندگی پویا، مدل پیترز، وَن‌درپٌل

ارتقاء امنیت وب با وف بومی