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2.3.1双镜反射式纹影系统 14
2.3.2 PIV粒子图像测速仪 15
2.4 本章小结 15
3. 实验台设计原理说明 17
3.1气体动力学设计 17
3.1.1高压气罐工作时间计算 17
3.1.2 零件尺寸确定 18
3.2 零件图的技术要求 19
3.2.1 机械加工中的配合问题 19
3.2.3 表面粗糙度的选择 19
3.3 本章小结 19
4. 数值模拟及仿真 20
4.1 Fluent软件简介 20
4.2 仿真计算 20
4.2.1模型网格划分 20
4.2.2 Fluent参数设置 22
4.2.3 Fluent计算结果 24
结 论 30
致 谢 31
参考文献 32
注 释 表
c 声速 [m/s]
f 频率 [Hz]
H 空腔总深度 [mm]
L 空腔总长度 [mm]
M 马赫数
质量流率[kg/s]
NPR 喷管压比, pa/pv
p 压力 [Pa]
Rg 气体常数[J/(kg•K)]
r 恢复系数
T 温度[K]
t 时间 [ms]
u 射流速度 [m/s]
比热比
a 喷管入口处环流
c 空腔
j 射流
v 真空室
1 绪论
1.1研究背景及意义
近年来，随着微电子、MEMS（微机电系统）和通信等技术的快速发展，多功能、低功耗的微小型传感器、执行器等器件与系统取得了重要的进展，在交通、医疗、信息、环境、航空航天等军民领域有着重要的应用需求。当前，微型器件与系统均采用传统的化学电池作为电源，而化学电池存在体积大、寿命短、功率密度低等问题，已成为制约微系统发展的技术瓶颈。近年来发展起来的微能源技术能够源源不断地收集环境中的能量并转换为电能，具有体积小、寿命长、成本低、能量密度高等显著优点，是解决微型器件与系统电源问题的有效途径。
目前微能源的研究主要针对环境中的动能、热能、太阳能等方面的收集与转换。风能是一种清洁环保的能源，在环境中广泛存在，风力发电机能够将环境中的风能转化为电能。从风能收集的结构方面看，风力发电机可以分为转动式和振动式两类。转动式风力发电机通过叶轮获取风能，然后经转轴连接磁电发电机转换为电能。转动式风力发电机存在结构复杂、微结构加工难度大等问题。振动式风力发电机则通过流体诱发振动原理，将风能转换为振动能量，再利用压电或磁电换能器转化为电能。
振动式风力发电机无转轴、叶轮等活动部件，具有结构简单、易于加工等优点，在微小型化方面具有明显优势，其在无线传感器网络[1]、无人机[2]等新兴领域，以及便携式器件、汽车、弹丸引信[3]等传统领域都具有广阔的应用前景。流体诱发振动的机理种类繁多，如卡门涡街诱发振动、谐振腔、机翼颤振、冲击射流非稳定性等等，因此近十年来许多研究者提出了各种不同原理的振动式风力发电机。风能转换为振动能包含流体动能-振动能、振动能-电能两个转换过程，其基础理论是流体动力学和非线性振动理论。对于随机的风力输入，保证其输出稳定功率发电的关键问题是：管内流的流固耦合、气流致振机理、结构振动控制等问题。而目前国内外的研究发现，在能量转换过程中，绝大部分能量损失发生在流体动能向振动能的转换过程中[4]，导致当前研究的各种振动式风力发电机均不同程度存在能量转换效率偏低的问题，这一关键问题的解决有赖于对气流致振机理、流固耦合振动机制的深入研究。
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