การศึกษาผลกระทบการจัดการการไหลต่อการเพิ่มการผลิตกระแสไฟฟ้าของอุปกรณ์เก็บเกี่ยวพลังงาน
คำสำคัญ:
การสั่นที่เกิดจากการเหนี่ยวนำของของไหล, การเก็บเกี่ยวพลังงาน, วัสดุเพียโซอิเล็กทริค, พลังงานลม, อุโมงค์ลมบทคัดย่อ
บทความนี้นำเสนอแนวคิดการออกแบบอุปกรณ์เก็บเกี่ยวพลังงานและการจัดการการไหลของอากาศผ่านชุดอุปกรณ์เก็บเกี่ยวพลังงานให้สามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้มากที่สุด การทดลองจะทำในอุโมงค์ลมที่มีระดับความปั่นป่วนต่ำ มีค่าความเร็วการไหลของอากาศในอุโมงค์ลมที่ตัวเลขเรย์โนลด์ตั้งแต่ 10,240 ถึง 17,613 อุปกรณ์เก็บเกี่ยวพลังงานที่ออกแบบจะประกอบด้วยวัตถุต้านลมรูปทรงกระบอก ซึ่งจะทำให้เกิดการเหนี่ยวนำการไหลไปยังวัตถุรับแรงลมด้านหลัง ทำให้วัตถุนี้สั่นและไปตีกระทบกับวัตถุตัวถูกตีให้สั่นต่อเนื่อง แผ่นเพียโซอิเล็กทริคได้ถูกติดตั้งที่วัตถุที่ถูกตีนี้ทำให้สามารถเปลี่ยนพลังงานการสั่นเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ จากผลการศึกษาพบว่าการสั่นของตัวตีมีอิทธิพลโดยตรงต่ออัตราการเพิ่มขึ้นของแอมพลิจูดการสั่นของตัวที่ถูกตี เมื่ออัตราส่วนระยะห่างระหว่างวัตถุต้านลมทรงกระบอกและวัตถุรับแรงลมปริซึมทรงสามเหลี่ยมด้านเท่าต่อเส้นผ่านศูนย์กลางของวัตถุต้านลม (L/D) เท่ากับ 2.5 นอกจากนี้ผลการทดลองเก็บข้อมูลทางไฟฟ้าพบว่าค่าเฉลี่ยกำลังสองของพลังงานไฟฟ้าที่สามารถผลิตได้มีค่าเพิ่มขึ้นเมื่อมีค่าตัวเลขเรย์โนลด์ของการไหลเพิ่มขึ้น และสามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้สูงสุดที่ 1,427.75 ไมโครวัตต์ที่อัตราส่วน L/D เท่ากับ 2.5
References
Bryant M. and Garcia E. (2011). Modeling and Testing of a Novel Aeroelastic Flutter Energy Harvester. Journal of Vibration and Acoustics, 133(1): 011010.
Allen J. J. and Smits A. J. (2001). Energy harvesting eel. Journal of Fluids and Structures, 15: 629-640.
Assi G.R.S. (2014). Wake-induced vibration of tandem cylinders of different diameters. Journal of Fluids and Structures, 50: 329-339.
Huera-Huarte F.J. and Gharib M. (2011). Vortex- and wake-induced vibrations of a tandem arrangement of two flexible circular cylinders with far wake interference. Journal of Fluids and Structures, 27(5): 824-828.
Matsumoto M., et al. (2006). Fundamental Study on the Efficiency of Power Generation System by Use of the Flutter Instability. In: Proceedings of the ASME 2006 Pressure Vessels and Piping/ICPVT-11 Conference, Vancouver, BC, Canada, pp. 277-286.
Igarashi T. (1981). Characteristics of the Flow around Two Circular Cylinders Arranged in Tandem: 1st Report. Bulletin of JSME, 24(188): 323-331.
Abdelkefi A., et al. (2014). Incident flow effects on the performance of piezoelectric energy harvesters from galloping vibrations. Theoretical and Applied Mechanics Letters, 4 (2): 022002.
Uttayopas P. and Kittichaikarn C. (2019). Effects of Downstream Structures on Aero Elastic Energy Harvesters From Wake-Induced Vibration. Journal of Fluids Engineering, 141(7): 071103.
