[發明專利]高速公路隧道壓電瓷磚發電裝置及操作方法

有效

• 申請號: 201910161622.5
• 申請日: 2019-03-04
• 公開（公告）號: CN109889091B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 鄭希涌;林光夫;許東風;毛益波;林海洋;袁鄭棋;張繼明;王天春;薛維梅;張躍明;陳繼展
• 申請（專利權）人: 溫州市交通規劃設計研究院有限公司
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H02J7/32;H02J3/38
• 代理公司: 寧波天一專利代理有限公司 33207
• 代理人: 張晨

1.一種高速公路隧道壓電瓷磚發電裝置，包括具有左車道和右車道的雙車道隧道，該隧道內單向通行的汽車（5）在隧道內產生空氣交變壓強和汽車行駛豎向循環振動，其特征在于：所述隧道兩側的隧道墻身（1）分別設有多塊沿隧道縱向粘貼的壓電瓷磚（2），每塊壓電瓷磚均具有多個雙端固支式壓電振子（22）和多個懸臂梁式壓電振子（23），且多個雙端固支式壓電振子（22）受空氣交變壓強而產生電荷，多個懸臂梁式壓電振子（23）受汽車行駛豎向循環振動也產生電荷；所述的隧道墻身（1）還設有電荷收集器（31）、電荷儲存器（32）、三相逆變器（33）和控制系統（34）；所述的多塊壓電瓷磚（2）產生的電荷通過電荷收集器（31）、電荷儲存器（32）、三相逆變器（33）和控制系統（34）而變換為三相交流電后輸入隧道供電電網。

2.根據權利要求1所述的高速公路隧道壓電瓷磚發電裝置，其特征在于：當輛所述的汽車（5）在隧道內左車道和右車道雙排每輛汽車車頭車尾平齊單向等距勻速行駛時，隧道內產生不同的空氣壓強，即汽車風速段（61）、環流風速段（62）和活塞風速段（63），假設隧道橫斷面為等截面積，雙排單輛汽車的總擋風面積為、汽車風速為、空氣壓強為，汽車車身處外側的環流風速為空氣壓強為，活塞風速為、空氣壓強為；同時假設隧道內空氣流動為不可壓縮流體的定常流動和汽車車身與隧道洞身內空氣構成無摩阻復合流動，阻塞比為，根據伯努利定律，得

公式一、

分別為隧道內活塞風速段（63）與汽車風速段（61）、活塞風速段（63）與環流風速段（62）之間的空氣壓強差；

公式二、

假設外界沒有為隧道提供任何空氣流動的其它動力和外界因素干預時，輛汽車行駛產生的空氣壓強與實際存在的隧道局部阻力和沿程摩擦阻力損失的能量、即包括環流風速損耗的能量自然平衡；根據能量守恒定律，當汽車（5）在隧道內左車道和右車道雙排每輛汽車車頭車尾平齊單向等距勻速行駛時，汽車行駛與隧道局部阻力和沿程摩擦阻力損失的能量相等，沿程和局部摩阻系數為，得

公式三、

當在隧道內左車道的輛汽車的左汽車（52）處于右車道輛汽車的右汽車（51）之間交錯單向等距勻速行駛時，且左汽車（52）車尾處于右車道的右汽車風速段前，左車道的左汽車（52）和右車道的右汽車（51）行駛速度均為，由于左車道的左汽車（52）和右車道的右汽車（51）相互影響，左汽車（52）與右汽車（51）的汽車風速段（61）、環流風速段（62）和活塞風速段（63）產生疊加，形成汽車風速和活塞風速段（64）、環流風速和活塞風速段（65）、活塞風速段（63），即汽車風速和活塞風速段（64）的風速和空氣壓強分別為和，環流風速和活塞風速段（65）的風速和空氣壓強分別為和，活塞風速段（63）的風速和空氣壓強分別為和；同理根據伯努利定律，阻塞比為，得

公式四、

同理，假設外界沒有為隧道提供任何空氣流動的其它動力和外界因素干預時，輛汽車（5）行駛產生的空氣壓強與實際存在的隧道局部阻力和沿程摩擦阻力損失的能量、即包括環流風速損耗的能量自然平衡；根據能量守恒定律，當在隧道內左車道的輛汽車的左汽車（52）處于右車道輛汽車的右汽車（51）之間交錯單向等距勻速行駛時，假設沿程和局部摩阻系數為，得

假設，對比公式三、公式四中的，

可見，當在隧道內左車道的輛汽車的左汽車（52）處于右車道輛汽車的右汽車（51）之間交錯單向等距勻速行駛時空氣壓強差比輛汽車在隧道內左車道和右車道雙排每輛汽車車頭車尾平齊等距單向勻速行駛時的空氣壓強差要大，空氣壓強差或是推動隧道內空氣流通的動力，且或；實際上隧道內每個車道汽車行駛的速度和排列是無序的、即非勻速和非等距的，也就是說隧道內實際的空氣壓強差比或還要大；

公式一、公式二、公式三和公式四中的符號定義為：

——等截面隧道橫斷面面積，；

——單輛汽車（5）的擋風面積，；

——隧道內單向行駛的汽車（5）數量；

——阻塞比，當輛汽車在隧道內左車道和右車道雙排每輛汽車車頭車尾平齊等距單向等距勻速行駛時，兩輛汽車（5）的總擋風面積與等截面隧道橫斷面面積的比，；

——阻塞比，當在隧道內左車道的輛汽車的左汽車（52）處于右車道輛汽車的右汽車（51）之間交錯單向等距勻速行駛時，單輛汽車（5）的擋風面積與等截面隧道橫斷面面積的比，；

——汽車（5）車身長度，；

——等距勻速行駛的前汽車車尾至后汽車車頭的長度，；

——汽車（5）車頭前方一定長度內由于汽車行駛引起的隧道內空氣流動速度，即汽車風速段（61）長度，；

——隧道內空氣的密度，；

——分別為當輛汽車（5）在隧道內左車道和右車道雙排每輛汽車車頭車尾平齊等距單向勻速行駛時的速度、其前方一定長度內由于汽車行駛引起的空氣壓強即汽車風速段（61）的空氣壓強，；

——分別為當輛汽車（5）在隧道內左車道和右車道雙排每輛汽車車頭車尾平齊等距單向勻速行駛時的汽車車身與隧道環隙部分的環流空氣流動速度、空氣壓強即環流風速段（62）的空氣壓強，；

——分別為當輛汽車（5）在隧道內左車道和右車道雙排每輛汽車車頭車尾平齊等距單向勻速行駛時的汽車前車車尾至后車汽車風速段前端的空氣流動速度、空氣壓強即活塞風速段（63）的空氣壓強，；

——分別為當在隧道內左車道的輛汽車的左汽車（52）處于右車道輛汽車的前后兩輛右汽車（51）之間交錯單向勻速行駛時，左車道的左汽車（52）和右車道的右汽車（51）行駛速度、其前方一定長度內由于汽車行駛引起的空氣壓強即汽車風速段（61）的空氣壓強，；

——分別為當在隧道內左車道的輛汽車的左汽車（52）處于右車道輛汽車的前后兩輛右汽車（51）之間交錯單向勻速行駛時，左車道的左汽車（52）或右車道的右汽車（51）車身與隧道環隙部分的環流空氣流動速度、空氣壓強即環流風速段（62）的空氣壓強，；

——分別為當在隧道內左車道的輛汽車的左汽車（52）處于右車道輛汽車的前后兩輛右汽車（51）之間交錯單向勻速行駛時，左車道的左汽車（52）和右車道的右汽車（51）前車車尾至后車汽車風速段前端的空氣流動速度、空氣壓強即活塞風速段（63）的空氣壓強，；

——分別為當輛汽車（5）在隧道內左車道和右車道雙排每輛汽車車頭車尾平齊等距單向勻速行駛時，活塞風速段（63）與汽車風速段（61）的空氣壓強差、活塞風速段（63）與環流風速段（62）的空氣壓強差，；

——分別為當在隧道內左車道的輛汽車（5）的左汽車（52）處于右車道輛汽車（5）的前后兩輛右汽車（51）之間交錯單向勻速行駛時，活塞風速段（63）與汽車風速段（61）的空氣壓強差、活塞風速段（63）與環流風速段（62）的空氣壓強差，；

——當輛汽車（5）在隧道內左車道和右車道雙排每輛汽車車頭車尾平齊等距單向勻速行駛時，汽車行駛與隧道沿程和局部摩阻系數，由試驗得到，無量綱；

——當在隧道內左車道的輛汽車的左汽車（52）處于右車道輛汽車的前后兩輛右汽車（51）之間交錯等距單向勻速行駛時，汽車行駛與隧道沿程和局部摩阻系數，由試驗得到，無量綱。