基于圆柱绕流的间接激励式压电风力发电机研究的任务书.docx

基于圆柱绕流的间接激励式压电风力发电机研究的任务书
任务书
一、研究背景与意义
风力发电技术是目前最成熟、成本最低的可再生能源技术之一，其具有广阔的应用前景和重要的社会经济意义。目前，传统的风力发电机仍然是主流，并且在新一代风力发电机中，大多数仍然采用传统的液压或电动机驱动发电机的方式。
随着气候变化和能源危机加剧，新能源的快速发展已经成为世界各国共同的重要战略，而压电风力发电技术正是其中一个研究热点。压电风力发电机的基本原理是利用空气动力学效应产生压力变化，进而驱动压电材料发生形变，产生电能。因为压电材料具有体积小、重量轻、稳定性好等优点，所以压电风力发电技术具有很大的潜力。
然而，目前的压电风力发电机还存在一些技术瓶颈。例如，压电材料的转换效率低，无法直接输出电功率，需要通过电路进行转换；另外，压电风力发电机受到风速变化、气流的不稳定性、风向的变化等因素的影响，其发电效率低；而且，压电风力发电机需要受到风向的限制，不能在多个方向同时发电，这限制了其发电能力。
因此，基于圆柱绕流的间接激励式压电风力发电机的研究是必要的。这种风力发电机可以有效克服上述问题，具有很大的发展潜力和广泛的应用前景。因此，开展该课题的研究，将对推动我国可再生能源技术的发展，促进我国能源结构的改革和环境保护具有十分重要的意义。
二、研究内容及研究方法
（一）研究内容
本研究的主要内容是基于圆柱绕流的间接激励式压电风力发电机的设计、优化和性能测试。具体包括以下几个方面：
1.压电风力发电机设计：通过分析不同压电材料的性能特点，确定适合的压电材料，并设计压电风力发电机的结构和工作原理。
2.圆柱绕流特性分析：通过建立合适的数值模型，研究圆柱绕流的特性，例如速度场、压力分布、涡量等，为后续研究提供基础数据。
3.压电材料形变分析：通过物理实验和数值模拟研究压电材料的形变、电荷分布和导电过程，确定最佳工作状态。
4.压电风力发电机性能测试：通过实验和数值模拟等方法，测试压电风力发电机的发电效率、发电功率和稳定性等性能指标，确定最优化设计。
（二）研究方法
本课题的研究方法包括：
1.数值模拟方法：采用计算机辅助工程（CAE）软件，如ANSYSFluent等，并结合实测数据，建立合适的数值模型，研究风力机的流场特性和压电材料的形变特性。
2.实验方法：采用压电材料机械试验仪，恒速离心式风洞、振荡风洞等设备，进行压电材料形变分析和压电风力发电机性能测试。
3.理论方法：结合流体力学理论、电学理论、机械设计理论等，深入研究风力机的流场特性、压电材料的特性及其在风力机中的应用。
三、研究进度与计划
本研究的总体工作进度分为以下几个阶段：
年度计划
第一年
1.背景调研、文献综述与理论分析。了解国内外最新的压电风力发电机研究进展，分析和比较各研究方法的优缺点，确定研究方向。
2.压电风力发电机结构设计和圆柱绕流特性分析。根据上述研究方向，设计压电风力发电机的结构，并利用数值模拟方法研究圆柱绕流特性。
第二年
1.压电材料形变分析。通过压电材料机械试验仪、物理实验和数值模拟等方法，研究压电材料形变特性；分析不同载荷下的压电材料的形变特征，选择合适的压电材料，并确定最佳工作状态。
2.压电风力发电机性能测试。利用恒速离心式风洞、振荡风洞等设备进行压电风力发电机性能测试，测试其发电效率、发电功率和稳定性等性能指标。
第三年
1.系统优化和性能测试。根据前两年的研究进展，对压电风力发电机进行系统优化，并进一步测试其性能。
2.论文撰写和成果总结。根据前两年的研究成果，撰写论文、参加学术会议并发表论文。对研究成果进行总结和评价。
四、预期成果与应用前景
本研究的预期成果主要包括：
1.压电风力发电机的设计、优化和性能测试成果。研究设计了一种采用圆柱绕流的间接激励式压电风力发电机，并通过对该发电机的性能测试，确定了其发电效率、发电功率和稳定性等性能指标。
2.压电材料形变特性的分析和研究成果。研究了不同载荷下的压电材料形变特性，选择了最佳的压电材料，并确定了其最佳工作状态。
3.压电风力发电机研究的新进展。本研究通过采用圆柱绕流的方式，提高了压电风力发电机的发电效率和发电功率，并解决了其在风向限制、气流不稳定等方面的问题。
该研究的应用前景也十分广泛。通过开展该研究，可以缓解我国目前面临的能源危机，加快新能源技术的发展与推广，为我国能源稳定供应和环境保护做出积极贡献。同时，该研究具有一定的经济价值和社会效益。预计压电风力发电机可广泛应用于城市建设、公共设施建设、民用和商业建筑等领域，实现城市可持续发展与能源结构转变。