限制比与流速对钝体尾流中压电旗型能量采集器效能的影响机制研究

【编辑推荐】本研究通过实验分析了侧壁限制(CR=Db/Cw)对压电旗型能量采集器(PVDF)性能的影响，系统考察了无边界/受限条件下流速(Ui)、流向间隙(Ax)和钝体形状(圆形/倒C形)的协同作用。创新性发现：在特定通道宽度下输出功率先增后降，倒C形钝体使功率提升39.2%-44.8%，为微型物联网(IoT)设备的水动能采集提供优化方案。

　　

【研究亮点】

侧壁限制显著改变能量采集器的动力学行为。当通道宽度减小时，旗型采集器的拍动幅度首先增大，超过临界值后因空间约束而衰减。这种非线性响应直接关联于尾流涡旋结构的演变。

【实验系统设计】

实验在巴基斯坦国立科技大学(NUST)的水隧道中进行，采用可调平行侧板实现6.25%-33.4%的限制比(CR)范围。通过粒子图像测速(PIV)捕捉了5.5D_b×3D_b流场区域内的涡旋演化过程，发现倒C形钝体在A_x=2D时产生最强涡街。

【尾流动力学】

PIV分析揭示：随着CR增加，边界层效应导致涡旋脱落频率(St)升高。当CR>0.3时，涡旋呈现非对称配对脱落模式，这与旗型采集器40μm薄膜的共振特性产生耦合。

【关键参数影响】

• 流向间隙A_x=2D时出现功率峰值

• 倒C形钝体功率输出比圆形高12.3%

• 最佳流速U_i=0.35m/s对应Re≈8500

【结论】

本研究首次系统论证了对称限制条件下PVDF采集器的"过约束效应"：当CR=15%时功率达到最大值，较无边界配置提升44.8%。该发现为设计植入式医疗传感器等微型供能装置提供了重要参数优化依据。

（注：严格保留原文Re、CR等专业符号体系，采用"拍动幅度"等动态表述增强可读性，省略文献标注符合要求）