一种基于水下圆柱结构增强的旗形摩擦电纳米发电机，通过涡流诱导振动实现低速海流监测

《Advanced Materials Technologies》：An Underwater Cylinder-Enhanced Flag-Shaped Triboelectric Nanogenerator by Vortex-Induced Vibration for Low-Velocity Ocean Current Monitoring

提出圆柱增强旗帜型摩擦纳米发电机UCF-TENG，利用涡激振动原理实现低流速监测，实验显示启动流速0.211m/s，输出频率与流速线性相关（R2=0.9893），ANSYS Fluent验证机制，适用于资源受限海洋环境。

　　

摘要

精确的海流速度监测对海洋工程和环境监测至关重要，但在低流速条件下会面临诸多挑战，如能量限制、电源集成困难以及传感器灵敏度降低等问题。为了解决这些问题，本文提出了一种新型的水下圆柱增强型旗帜状摩擦电纳米发电机（UCF-TENG）。该发电机利用上游钝体产生的涡流诱导振动（VIV）来实现高效的流速检测。基于量化的斯特劳哈尔数关系，UCF-TENG实现了流速与输出信号频率之间的直接线性映射。实验结果表明，该发电机的最低启动流速可低至0.211 m·s^?1，峰值输出电压为1.81 V。在整个测试流速范围内，输出信号频率与流速保持强烈的线性相关性（R² = 0.9893），表明其在低流速条件下的灵敏度非常出色。此外，在ANSYS Fluent中进行的流体-结构相互作用（FSI）仿真验证了这种基于涡流诱导振动的信号生成机制，并提供了与实验观察结果一致的理论支持。这项技术为资源受限的海洋环境中的实时、自主式流速监测提供了有效的解决方案，具有在智能海洋系统中的应用前景。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。