طراحي و شبيهسازي يك سيستم هيبريدي برداشت كننده انرژي در پيكربندي هالبچ استوانهاي براي افزايش توان خروجي انرژي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

برداشت انرژي مبتني بر ارتعاش به دام انداختن و جمع‌آوري انرژي ارتعاشي از منابع طبيعي مختلف كه در نگاه اول غيرقابل استفاده هستند، اشاره دارد. در تبديل انرژي ارتعاشي به انرژي الكتريكي، ميتوان از مواد هوشمندي كه توانايي كوپل كردن حداقل دو ميدان را دارند، استفاده كرد. يكي از اين مواد هوشمند كه اخيراً مورد توجه قرار گرفته است، آلياژهاي حافظه‌دار مغناطيسي نيكل-منگنز-گاليم است كه با كوپل كردن ميدان‌هاي مكانيكي و مغناطيسي، مي‌توانند بردارهاي مغناطش را در اثر اعمال تنش مكانيكي تغيير دهند. اين تغيير در مغناطش آلياژ با دانستن قانون القاي فارادي، برداشت انرژي را امكان‌پذير ميكند. يك پديده مهم در آلياژهاي حافظه‌دار مغناطيسي اين است كه تغييرات مغناطش با كرنش به نرخ كرنش بستگي دارد. با بررسي تحقيقات گذشته، اين پديده نيز به مدل‌هاي موجود اضافه شده و مدلي ارائه شده است كه توصيف دقيق‌تري از برداشت‌كننده‌هاي انرژي از آلياژهاي حافظه‌دار مغناطيسي هنگام اعمال مستقيم نيرو به آلياژ ارائه مي‌دهد. پس از ارائه توضيحات دقيق‌تر در مورد رفتار اين نوع برداشت‌كننده انرژي، يكي از اهداف اصلي برداشت‌كننده‌هاي انرژي بررسي ميشود كه عبارت است از مطالعه توانايي يك ماده هوشمند در استخراج انرژي از يك سازه مرتعش، كه ميتواند يك تير با سر ثابت باشد. براي اين منظور، يك سيستم برداشت انرژي براي اتصال يك آلياژ حافظه‌دار مغناطيسي به يك تير مرتعش طراحي ميشود. ابتدا، مدلي از اين نوع برداشت‌كننده با حل همزمان معادلات اويلر-برنولي ارتعاش آلياژ حافظه‌دار مغناطيسي كوپل شده با يك تير براي پيش‌بيني رفتار سيستم ارائه ميشود و پس از تكميل مراحل قبلي، يك سيستم برداشت كننده انرژي الكترومغناطيسي با پيكربندي هالبچ ​​استوانه‌اي معرفي مي‌شود. طراحي اين سيستم به گونه‌اي است كه سيستم از شيوه تبديل فركانس بالا براي استفاده از نيروي اعمال شده توسط وزن انسان براي كاربردهاي مهندسي مكانيك يا يك دستگاه اعمال نيروي مناسب براي ايجاد حركت ارتعاشي استفاده مي‌كند. علاوه بر اين، استفاده از پيكربندي هالبچ ​​استوانه‌اي، گراديان شار مغناطيسي را بهبود مي‌بخشد و منجر به افزايش توان خروجي مي‌شود. يك مدل نيمه تحليلي براي ارزيابي عملكرد سيستم ارائه شده ميشود كه سپس از طريق محاسبات عددي مانند نرمافزارهاي متلب و كامسول اعتبارسنجي خواهد شد. سيستم‌هاي برداشت انرژي هيبريدي در سال‌هاي اخير براي غلبه بر مشكل كمبود انرژي از طريق برداشت انرژي واحد پيشنهاد شده‌اند. يك برداشت‌كننده انرژي هيبريدي، انرژي محيطي را توسط سازوكار‌هاي انتقال مختلف به طور همزمان يا غيرهمزمان به برق تبديل مي‌كند. بنابراين، در پاسخ به اين شكاف تحقيقاتي، كه همان كمبود انرژي استخراج شده از طريق برداشت انرژي واحد است، مطالعه حاضر با تكيه بر دو سيستم معرفي شده قبلي، يعني سيستم پيزوالكتريك و الكترومغناطيسي، قصد دارد يك سيستم برداشت انرژي هيبريدي ارائه دهد. اين دو سيستم با هم جفت شده‌اند تا يك سيستم برداشت انرژي هيبريدي متشكل از يك سيستم پيزوالكتريك همراه با يك آلياژ حافظه‌دار مغناطيسي و يك سيستم الكترومغناطيسي تشكيل دهند. اين تركيب مي‌تواند نرخ برداشت انرژي و توان خروجي نهايي سيستم را افزايش دهد و با بررسي اين زمينه، اين تحقيق تلاش مي‌كند تا يك طراحي بهينه را كشف كند كه مي‌تواند اثربخشي برداشت‌كننده‌هاي انرژي را به طور قابل توجهي افزايش دهد. در نهايت، اين بينش‌ها دانش ارزشمندي را در جهت توسعه راه‌حل‌هاي انرژي پايدار ارائه مي‌دهند.

234571

طراحي كاربردي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان