Flow-energy harvesting using a fully passive flapping foil: A guideline on design and operation
Flow-energy harvesting using a fully passive flapping foil: A guideline on design and operation
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使用完全被动拍动箔片进行流能采集：设计和操作指南
DOI：
10.1016/j.ijmecsci.2021.106323
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发表时间：
2021-05
影响因子：
7.3
通讯作者：
Hui Tang
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Fuwang Zhao;Muhammad Nafees Mumtaz Qadri;Zhaokun Wang;Hui Tang
摘要根据我们以前的工作[国际机械科学杂志]。（2020），第177卷中，我们研究了一种新颖的流动能量采集器的最佳功率提取性能，该流动能量采集器利用完全无源的扑翼箔从空气/水流中提取能量。在雷诺数为10 5左右的同一试验模型上进行了一系列水洞试验。通过研究两个未探索的关键参数的影响，在水速0.71 m/s和翼型俯仰幅度60 °时，获得了更高的总最大功率转换效率42.7%，对应于更大的平均功率输出约1.51 W。为了在更大的参数空间内快速预测系统性能，还建立了准稳态理论模型。据发现，除了典型的动力学，即，扑动循环包括两个纯起伏阶段和两个冲程反向阶段，翼片系统也可以在“非纯起伏”区域中连续操作，其中扑动循环仅包括两个连续的冲程反向阶段。通过这些实验和理论研究，对翼型系统的设计和操作提供了有益的指导。
Abstract Following our previous work [Int. J. Mech. Sci. (2020), vol. 177, we searched the best power extraction performance of a novel flow-energy harvester, which utilizes a fully passive flapping foil to extract energy from air/water flows. A series of water-tunnel experiments were conducted on the same test model at the Reynolds number around 10 5 . Through investigating the effects of two unexplored key parameters, a higher overall maximum power conversion efficiency of 42.7 % was obtained at water speed 0.71 m/s and foil pitching amplitude 60 ∘ , corresponding to a larger mean power output of about 1.51 W. A quasi-steady theoretical model was also developed to fast predict the system performance in a larger parameter space. It was found that, in addition to typical dynamics, i.e., a flapping cycle includes two pure-heaving phases and two stroke-reversal phases, the foil system can also continuously operate in a “no-pure-heaving” zone where a flapping cycle only includes two successive stroke-reversal phases. Through these experimental and theoretical studies, a useful guideline was proposed on the design and operation of the foil system.
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