介电弹性体材料机械能-电能转换特性

介电弹性体功能材料是具有优异性能的电场活化聚合物,可在驱动和发电两种模式下工作.依据介电弹性体薄膜材料的结构特征,分析了发电模式下介电弹性体材料发电的基本机理,即可变电容原理;建立了该材料的理论模型,得到麦克斯韦效应可作为压电效应处理的结果,并确定了对应压电效应的等效参数.通过仿真及实验分析了该材料的电能转换过程;分析了发电过程中电场与材料弹性回复力之间的关系,及其对发电效率的影响,确定了介电弹性体薄膜材料的发电周期过程.     

介电弹性体圆柱形驱动器静态特性分析

介电弹性体驱动器的工作条件本质上属于静态操作范围。针对介电弹性体膜材料特性及圆柱形驱动器具体结构对其静态特性的影响,对圆柱形驱动器轴向力的主要影响因素进行了研究。采用超弹性材料Yeoh模型及ABAQUS仿真软件分析了因介电弹性体膜的横向侧边收缩、卷绕后的周向松弛、层间挤压导致的驱动器轴向力变化情况。与实际驱动器的结构尺寸对比表明,驱动器卷绕后的膜层周向松弛对驱动器轴向力影响最大,误差达25.9%,考虑后两项影响因素后计算出的驱动器轴向力与实际误差小于5%;最后对圆柱形驱动器的静态刚度进行了分析,实验结果表明在大位移拉伸时需考虑薄膜滑移因素的影响。     

基于Neo-Hooken的介电弹性体单轴拉伸发电特性研究

为研究介电弹性体发电机(DEG)在单轴拉伸下的发电特性,结合Neo-Hooken模型建立了DEG在单轴拉伸下的机电耦合数学模型,运用Matlab/Simulink软件建立了DEG的单轴发电仿真模型,对DEG的发电过程及拉伸力、拉伸率、初始电压与电势差之间的关系进行了仿真研究,通过搭建DEG发电测试试验台,进行了试验研究并与仿真结果进行对比。仿真和试验结果表明在单轴拉伸收缩发电过程中,DEG两端电压先降后升;在初始拉伸时和即将拉伸至最大时电压有两个突变点;电势差随着初始电压、拉伸力的增加而近似线性增加。     

介电型电活性聚合物能量收集方法研究

介电型电活性聚合物(DEAP)作为一种新型智能材料,与风力、水力相结合,可作为一种新的能量收集方法。研究DEAP能量收集的可行性,讨论了DEAP的发电机理和工作过程。根据换能器工作状态的形变过程,利用弹性大变形理论建立了DEAP换能器的数学模型,通过对模型的求解计算出换能器推程、回程的力-位移曲线。据此,得出DEAP换能单元工作过程输入的机械能、发电量和相应能量转换效率。提出了一种多换能器集成使用以提高系统发电效率的方法。理论分析和试验数据表明:初始电压和拉伸位移是影响发电量、能量转换效率的关键因素。随着多换能单元的应用,系统的总效率可提高到28%以上。同时,外界输入扭矩的数值波动越来越小。     

介电特性的研究与应用

近年来有关介电特性的研究取得了很大进展．对介电特性的基本概念、影响因素、测定方法及其应用进行了简要综述。     

介电弹性体卷形换能器设计与参数优化

为研究介电弹性体(DE)换能器在纯剪切拉伸模式下的发电特性,利用弹簧制作了具有预拉伸特性的DE卷形换能器,并结合Neo-Hooken模型建立了DE卷形换能器在纯剪切拉伸模式下的机电耦合数学模型,运用Matlab/Simulink软件建立了DE卷形换能器的纯剪切发电仿真模型,对DE卷形换能器的发电特性及不同弹簧系数对其发电特性的影响进行了仿真。对DE卷形换能器进行了实验,并与仿真结果对比。仿真与实验结果表明,DE卷形换能器发电特性优于一般拉伸模式换能器;在相同的拉伸条件及初始电压下,在预拉伸限制范围内,弹簧弹性系数越大其发电特性越好。     

绿豆介电特性的研究

以绿豆为对象,研究了测量信号频率、含水率、温度、容积密度对绿豆介电参数的影响。研究结果表明:在1k～1MHz频率范围内,绿豆的相对介电常数和介质损耗因数皆随着频率的增大单调减小;当绿豆的含水率与温度增高时,其相对介电常数和介质损耗因数均呈增大的趋势;但容积密度对绿豆介电参数的影响并未呈现出一定的规律性。     

基于介电特性的果品种类识别试验

对苹果、梨和猕猴桃介电参数的电压特性进行了测定。结果表明,信号频率一定时,果品介电参数值随信号电压而变,且存在电压临界值。当信号电压小于该临界值时。电容和损耗角正切值保持不变,当信号电压大于临界值时。电容值随电压的增加呈反比减小,损耗角正切值随电压的增加呈正比增大。根据电压临界值的不同,提出了基于介电特性的果品种类识别方法。采用损耗角正切作为果品种类判别指标。对苹果、梨和猕猴桃的识别率分别为100％、90％和93％。     

基于介电特性的薏米含水率检测方法

研究了测量信号频率(1～1 000 kHz)、温度(5～40℃)和含水率(14.7%～22.7%)对薏米相对介电常数的影响,分析了影响相对介电常数变化的原因,建立了100 kHz下基于相对介电常数和样品温度预测薏米含水率的数学模型,并对模型进行了验证。研究结果表明,在1～1 000 kHz频段内,薏米的相对介电常数随着样品含水率和温度的升高而增大,却随着信号频率的增大单调减小;频率一定时,可用三次多项式表示含水率与相对介电常数和温度的关系;100 kHz下模型的决定系数是0.997 6,实测薏米含水率与预测含水率的决定系数为0.997 7。     

基于果品介电特性的无损检测技术研究进展

果品介电特性的研究有利于对果品品质进行分析和监控,也能有效地利用电特性对水果进行分选、贮藏、保鲜、加工以及品质检测等。通过对国内外基于介电特性的水果品质无损检测技术的现状及发展方向进行深入的分析研究,指出了目前我国在该领域研究中存在的问题和今后的研究重点。     

自由活塞内燃发电机能量转换与传递过程研究

根据能量守恒定律,建立自由活塞内燃发电机运行过程周期能量模型.通过计算获得一个周期内的能量转换规律,并分析相邻周期的能量传递过程,得到不同压缩比下的能量变化情况及其对性能的影响.分析结果表明,自由活塞内燃发电机能量转换有效效率的理论值可达40％.燃烧、扫气及散热等为能量损失的主要部分.连续运行过程中,一侧气缸作功行程后期的部分能量作为压缩能传递给另一侧,直接影响下一周期燃烧.压缩比变化对各能量及有效效率有不同影响,保持压缩能稳定对运行控制至关重要.     

节能薄膜日光温室的设计

黑龙江省位于祖国北部，冬季气侯寒冷，无霜期短，现有温室结构不合理。为此，根据多年的生产调查结果和蔬菜生长要求，考虑到施工的便利性，确定了温室的结构技术参数。     

风力发电机相似模型的能量转换特性实验——以200W浓缩风能型风力发电机为例

浓缩风能型风力发电机提高了风能的品位,改善了风能的不稳定性,其能量转换规律具有特殊性.通过采用车载法对200W浓缩风能型风力发电机相似模型的流场进行测试,运用皮托管和数字压力计测试了各断面特征点的总压和静压,获取了能量转换特性.实验表明:在自然风场风速为10m/s,12m/s和14m/s时,中央圆筒的3个断面的能量分别增至相同面积的前方来流风能的2.49倍、2.27倍和2.20倍.     

不同叶片型式旋流泵能量转换机理分析

针对旋流泵内部流动结构形式所引起的整机效率下降问题,以卧式150WX-200-20型旋流泵为研究对象,进行旋流泵水力和结构设计,运用Pro/E三维设计软件建立前弯型和后弯型两种折叶片三维模型。设计6组前弯和后弯叶片为对照组,采用CFD流体计算软件进行数值计算,以两种折叶片组成叶轮型式为研究对象,结合叶片进出口速度三角形,对旋流泵不同叶轮的做功过程和能量损失过程进行了分析,从而找到两种不同叶轮型式下的能量损失传递转换机理。研究发现,对于旋流泵效率而言,在设计流量点之前,前弯叶轮的效率高于后弯叶轮效率;在设计流量点之后,后弯叶轮效率高于前弯叶轮效率。对于两种不同型式的叶轮,在设计流量点之前,前弯叶片的做功能力更强,能量损失更小;在设计流量点之后,后弯叶片的做功能力更强,能量损失更小。     

基于发电厂的风力发电机系统优化设

提出一种基于发电厂的风力发电机设计理念,以风电场年发电量和发电质量作为优化目标,采用伸缩式叶片结构,在低风速下伸展叶片以提高风机输出功率,在高风速下收缩叶片,结合变桨实现输出功率调节;将额定风速、伸展时最大叶片长度、收缩时最小叶片长度和叶片中心半径作为优化变量,建立风机系统优化模型,运用遗传算法获取风机最优设计参数。结合风机设计实例,验证了风机系统优化设计的可行性。     

基于发电厂的风力发电机系统优化设计

提出一种基于发电厂的风力发电机设计理念,以风电场年发电量和发电质量作为优化目标,采用伸缩式叶片结构,在低风速下伸展叶片以提高风机输出功率,在高风速下收缩叶片,结合变桨实现输出功率调节;将额定风速、伸展时最大叶片长度、收缩时最小叶片长度和叶片中心半径作为优化变量,建立风机系统优化模型,运用遗传算法获取风机最优设计参数.结合风机设计实例,验证了风机系统优化设计的可行性.