一种耦合谐振式声能发电装置的理论与实验研究

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噪声发电技术是新能源开发利用技术的主要研究方向之一,是世界各国研究的热点,特别是随着近年来能源供应压力的增大,发展这种变废为宝、无污染零排放的发电技术显得尤为重要。   基于此本文设计制作了一种基于声电转换单元的可集成声能发电装置,装置主要由声波导管和声电转换单元组成,其中声电转换单元由Helmholtz共鸣器和电磁式换能器耦合而成,通过声波导管集成起来。可以根据装置工作环境中噪声源主频频带设计装置各部分的结构尺寸使其达到最佳耦合,且使装置的共振频率处于噪声源的主频频带内,则装置工作时系统处于最佳谐振状态。入射噪声声波在Helmholtz共鸣器内声压被放大,被放大的声压作用于电磁式换能器振膜,带动线圈做切割磁感线运动,从而把声能转换为电能。   基于声能发电装置的等效类比回路及声波的传播特性建立系统的理论模型。运用MATLAB软件对声电转换单元及整个系统的特性进行了数值模拟,通过实验研究了入射声波的频率、入射声压、Helmholtz共鸣器的结构尺寸对系统性能的影响,并将数值模拟结果与实验结果进行了对比分析。   结果表明系统的声电转换效果具有频率选择性,当入射声波的频率达到系统的共振频率时系统输出电功率最大;入射声压值的大小不影响系统的共振频率,系统的输出电功率随着入射声压的增大而增大:Helmholtz共鸣器的结构尺寸对系统的共振频率及声电转换效果都有一定的影响,当装置各部分尺寸达到最佳耦合时系统的输出电功率能达到最大。实验结果和数值模拟结果在本质上达到了吻合,为声能发电装置的进一步改善提供了理论依据和实验指导。
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