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传统海洋无线传感网络节点主要是利用电池供能,当电池电量耗尽更换电池时,节点暂停工作会给生活和生产带来不利影响。随着近年来海洋能研究与利用不断深入,其中利用波浪能发电为航标等海洋无线传感网络节点供能是一个新的研究方向。 本文设计出一种新型浮标式波能压电发电装置。首先给出波浪压电发电装置整体机构,然后结合微幅波理论、弗汝德-克雷洛夫假定法以及压电效应理论计算推导出在波浪力作用下压电叠堆输出负载电压曲线。在海水深度5m,浪高0.1m,波数为0.64的海洋环境中,取垂直绕射系数1.1,设计浮体直径2m,计算分析浮标获得最大波浪力1500N,比较分析了串联和并联两种安装模式的压电叠堆发电产生的电压曲线,并联压电叠堆输出功率达到53.7μW,可以实现为海洋监测无线传感网络节点供能的目的。 振荡水柱式波能发电系统中波能转换主要结构气室能将入射波能转换为空气往复振荡的动能进而完成能量一次转换,该过程的气室压强研究对发电系统设计具有重要意义。因此针对“引浪板”和“引浪通道”的三维侧向开口固定式振荡水柱波能转换系统,采用三维Green函数法建立了气室内水气动力学性能的压缩空气压强理论计算模型。计算时为了满足压强与速度连续条件,响应脉动源与扰动脉动源两者在交界面上需要相互匹配;同时为了能够精确快速地求解三维Green函数,采用了多维切比雪夫多项式和渐近展开式快速近似计算方法。计算结果不仅表明所用方法快速准确,而且可以预测振荡水柱波能发电系统性能及进一步研究类似问题。 振荡水柱式压电发电技术工作原理首先利用气室将波浪能转换为空气流的能量,其次空气压强作用于具有压电效应的复合压电圆盘,使其发生弹性形变进而输出电能。在第三章中已经分析计算得到空气室中最大压强为0.254pa,将此压强作用于d31和d33模式的五种复合压电圆盘,最后分别研究计算了五种复合压电圆盘输出电能、电压和电荷随着压电层厚度改变而变化的关系并绘制了仿真曲线图。随着波浪能开发技术日益成熟和压电材料进一步发展,波浪压电发电技术输出电能可以实现为航标等海洋无线传感网络节点供能的目的。