مقایسه برداشت کنندههای انرژی تکپایدار و دوپایدار تحت تحریک همزمان جریان گردابی و مغناطیس
پذیرفته شده برای ارائه شفاهی
کد مقاله : 1002-ISAV2025 (R2)
نویسندگان
1kharazmi
2دانشجوی فارغ التحصیل
چکیده
در این مقاله به مقایسه دو برداشت کننده انرژی تکپایدار و دوپایدار تحت تحریک ارتعاشات ناشی از ریزش گردابه پرداخته شده است. در حالت دو پایدار یک جفت آهنربا به دو قاعده یک استوانه و در حالت تک پایدار نیز آهنربایی بر روی بدنه آن نصب میشود. از طرفی برای تولید گردابههای ریزشی و نیروهای لیفت نوسانی ناشی از آن، این استوانه به انتهای آزاد تیر یک سر گیرداری که لایه پیزوالکتریک بر روی آن قرار داده شده است، ضمیمه میشود. نیروهای آیرودینامیکی توسط معادله وندرپول اصلاح شده مدلسازی میشود. معادله حاکم بر ارتعاشات سیستم نیز با استفاده از اصل همیلتون استخراج میشود. نتایج نشان میدهد که با نصب آهنربا بر روی بدنه استوانه، سیستم یک موقعیت تعادلی تکپایدار و رفتار سخت شوندگی از خود نشان میدهد که موجب افزایش برداشت انرژی و گسترش پهنای باند ناحیه لاکین و جابجایی آن به سمت سرعتهای باد بالاتر میشود. اما با نصب آهنربا بر روی دو قاعده استوانه، رفتار سیستم به شدت به ضریب گشتاور مغناطیسی موثر و فواصل بین آهنرباهای متحرک و ثابت بستگی دارد و بسته به مقدار آنها، ناحیه لاکین به سمت چپ یا راست جابجا می شود.
کلیدواژه ها
موضوعات
Title
Comparison of Mono-Stable and Bi-Stable Energy Harvesters under Combined Magnetic and Vortex Excitation
Authors
Abstract
This paper presents a comparison between mono-stable and bi-stable energy harvesters under vortex-induced vibration excitation. In the bi-stable configuration, a pair of magnets is attached to the two bases of a cylinder, while in the mono-stable case, a single magnet is mounted on its body. To generate vortex shedding and the associated oscillatory lift forces, the cylinder is connected to the free end of a cantilever beam equipped with a piezoelectric layer. The aerodynamic forces are modeled using the modified Van der Pol equation, and the governing equation of the system vibrations is derived based on Hamilton’s principle.
The results indicate that when a magnet is mounted on the cylinder body, the system exhibits a mono-stable equilibrium position and a hardening behavior, which enhances energy harvesting, broadens the lock-in bandwidth, and shifts it toward higher wind speeds. In contrast, when magnets are installed on both bases of the cylinder, the system’s behavior strongly depends on the effective magnetic torque coefficient and the distances between the moving and fixed magnets. Depending on these parameters, the lock-in region may shift either to the left or to the right.
The results indicate that when a magnet is mounted on the cylinder body, the system exhibits a mono-stable equilibrium position and a hardening behavior, which enhances energy harvesting, broadens the lock-in bandwidth, and shifts it toward higher wind speeds. In contrast, when magnets are installed on both bases of the cylinder, the system’s behavior strongly depends on the effective magnetic torque coefficient and the distances between the moving and fixed magnets. Depending on these parameters, the lock-in region may shift either to the left or to the right.
Keywords
Energy harvesting, Piezoelectric, Vortex shedding, bi-stable, lock-in domain