Skip to main content
SUPERVISOR
Reza Tikkani,Mohamad Reza Tavakoli nejad,Nili ahmadabadi Mehdi
رضا تیکنی (استاد مشاور) محمدرضا توکلی نژاد (استاد راهنما) مهدی نیلی احمدآبادی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Shahriar Kazemi
شهریار کاظمی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Experimental Study of the Effect of Wave and Piezoelectric Energy Converters Structure Parameters on Energy Harvesting from Surface Waves
In the past few decades, the discussion of energy harvesting has been one of the major issues in the study of various sciences. Among the new methods for the energy supply of low-energy electrical systems used in the sea is the use of mechanical energy of waves. In this method, using oscillation and dynamic strain in a piezoelectric energy converter, the mechanical energy generated by the sea waves is converted into electricity. However, the advantage of this method is the need not to replace the battery charge of the system as well as to store the energy in the battery and capacitor. For this purpose, the electric power consumption of piezoelectric waves energy converter was investigated experimentally when passing surface waves inside the water channel. At first, the piezoelectric energy converter was designed and constructed. Also, a harmonic plunger type wavemaker was used to generate regular surface waves inside the water channel of the laboratory. In this research, the effect of wave parameters was investigated, such as, angular frequency of oscillations, amplitude, wavelength and depth of water, parameters of the structure of the converter, including the damped natural frequency of the structure, changed by its orientation and its added mass, type of direction oriented and tip displacement of the structure and finally, the electrical circuit load resistor Series with converter circuit, on the RMS [1] of electrical power density of the energy converter is calculated. The results obtained from the research showed that the most effective parameter influencing the wave to increase the RMS of the power density of the energy converter is increasing its amplitude. By changing the orientation of the source structure from vertical orientation crossover with water waves flow to the horizontal orientation crossover with water waves flow, the average increase of 104% in RMS is caused by the electrical power density. The change in the orientation of the converter from the vertical orientation crossover with water waves flow to the horizontal orientation parallel to the water waves flow in waves of high amplitude and low water depth will not result in a significant change in the electrical power absorption. However, in waves with low slopes and large depths, it will increase electrical power output, which, on average, this directional change causes an increase of %11.16 in the desired density. Finally, the optimum electrical resistance was calculated for five computational states for the maximum electric power density. In the state of water depth 25 (cm), the Submerged depth of wavemaker 14 (cm), the frequency of inverter oscillations 44 (Hz), the total mass of the structure 100 (gr) and the electrical resistance of the load optimized 697 (k?), Under vertical orientation crossover with water waves flow, the maximum electrical power density of the converter from all modes of the test is equal to 783 w/m 3 . Also, half of the received electrical energy was stored inside the capacitor of the energy storage circuit of the Piezoelectric waves energy converter. Keywords: Piezoelectric waves energy converter, Energy harvesting, Surface wave, Plunger type wavemaker, Wave amplitude, Orientation of energy converter, RMS of electrical power density [1] Root Mean Square
در چند دهه اخیر بحث برداشت انرژی از مباحث مهم مطالعاتی علوم مختلف بوده است. از جمله روش‌های جدید برای تأمین انرژی سیستم‌های الکتریکی کم مصرف مورد استفاده در دریا، بهره‌گیری از انرژی مکانیکی امواج است. در این روش با استفاده از ایجاد نوسان و کرنش دینامیکی در یک مبدل انرژی پیزوالکتریک، انرژی مکانیکی ناشی از امواج دریا به الکتریسیته تبدیل می‌شود. مزیت این روش عدم نیاز به تعویض یا شارژ باتری سیستم مورد نظر و همچنین ذخیره‌سازی انرژی فوق در باتری و خازن می‌باشد. به همین منظور در این پژوهش، بحث برداشت انرژی الکتریکی از مبدل پیزوالکتریکی هنگام عبور امواج سطحی در داخل کانال آب مورد تحلیل و بررسی آزمایشگاهی قرار گرفت. ابتدا مبدل پیزوالکتریک مورد نظر طراحی و ساخته شد. همچنین از یک موج‌ساز گوه‌ای تحت حرکت هارمونیک سینوسی برای تولید امواج سطحی منظم در داخل بستر آزمون کانال آب استفاده گردید. در این پژوهش تأثیر تغییر پارامترهای موج از قبیل، فرکانس زاویه‌ای نوسانات، دامنه، طول موج و عمق آب، پارامترهای سازه مبدل از جمله فرکانس طبیعی میرا شده سازه به‌وسیله تغییر در جهت‌گیری و جرم افزوده آن، نوع جهت‌گیری، جابجایی سر سازه یکسر گیردار و در نهایت مقاومت الکتریکی بار سری شده با مدار مبدل بر ریشه دوم میانگین مربعات [1] چگالی توان الکتریکی برداشتی بررسی شد. نتایج به دست آمده از پژوهش نشان داد، مؤثرترین پارامتر تأثیر گذار از موج جهت افزایش RMS چگالی توان الکتریکی برداشتی از مبدل انرژی مورد نظر، افزایش دامنه آن است. همچنین با تغییر جهت‌گیری سازه مبدل از حالت افقی و متقاطع با امواج به حالت عمودی و متقاطع با امواج، به‌طور میانگین افزایش 104 درصدی در RMS چگالی توان الکتریکی برداشتی ایجاد می‌شود. تغییر جهت‌گیری مبدل از حالت عمودی و متقاطع با امواج به حالت افقی و موازی با امواج نیز در امواج با دامنه زیاد و عمق آب کم تغییر محسوسی بر توان الکتریکی برداشتی ایجاد نکرد. اما در امواج با دامنه‌های کم و اعماق زیاد سبب افزایش توان الکتریکی برداشتی شد به صورتی که به‌طور میانگین این تغییر جهت‌گیری سبب افزایش 16/11 درصدی در RMS چگالی توان الکتریکی برداشتی شد. در نهایت مقاومت الکتریکی بهینه برای 5 حالت محاسباتی جهت برداشت حداکثر چگالی توان الکتریکی محاسبه گردید و در حالت عمق آب (cm)25، عمق مغروق موج‌ساز (cm)14، فرکانس نوسانات اینورتر (Hz)44، جرم کل سازه (gr)100 و مقاومت الکتریکی بار بهینه برابر با (k?)697، تحت جهت‌گیری عمودی حداکثر RMS چگالی توان الکتریکی برداشتی از مبدل برابر 783 حاصل شد. همچنین نیمی از انرژی الکتریکی برداشتی درون خازن مدار ذخیره ساز انرژی مبدل ذخیره شد. کلمات کلیدی: مبدل پیزوالکتریکی انرژی امواج، برداشت انرژی، موج سطحی، موج‌ساز گوه‌ای، دامنه موج، جهت‌گیری مبدل انرژی، RMS چگالی توان الکتریکی [1] Root Mean Square (RMS)

ارتقاء امنیت وب با وف بومی