[發明專利]一種基于改進截面柱體的渦激效應的發電裝置

在審

• 申請號: 202110467186.1
• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113107776A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 潘振海;李利春
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: F03D9/25
• 分類號: F03D9/25;F03D3/06;F03D3/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔡彭君

本發明涉及一種基于改進截面柱體的渦激效應的發電裝置，包括支架、能量捕獲件和發電模塊，能量捕獲件的兩端通過轉動組件與支架轉動連接，且輸出端與發電模塊連接，能量捕獲件為剛性柱體，能量捕獲件的徑向截面包括N條平直線條單元，各平直線條單元的兩端延長后與相鄰平直線條單元的延長線相交得到多邊形，且相鄰平直線條單元的端點通過曲線段連接。與現有技術相比，本發明具有能量吸收率高等優點。

技術領域

本發明涉及渦激發電領域，尤其是涉及一種基于改進截面柱體的渦激效應的發電裝置。

背景技術

大自然中的風、江河的水流、潮汐以及洋流都攜帶者巨大的能量，主要是流體流動的動能，充分利用這些能量將為人類產生大量的電能。因此，科學家提出利用流體動能來進行發電的技術，然而現有的利用流體動能發電的裝置結構較為復雜，同時不能吸收各個方向的流體動能，對能量的捕獲效率較低。

流體流過剛體時，由于物體后方的渦旋脫落，對物體產生了脈動載荷，會導致剛體發生運動，是為渦激效應，同時剛體的運動作用于流體，改變尾流狀態。在這個過程中，流體的動能被收集并轉化為物體的動能。而渦激效應發電技術，則是充分利用渦激效應，將流體的動能轉化為機械動能，進而利用該機械動能經由發電裝置進行發電。相比渦激振動的其他形式，利用能量捕獲裝置發生繞軸線的旋轉進行發電更加可靠，轉換方式更加自然。

目前，利用渦激效應的發電裝置一般采用圓形、橢圓形或多邊形截面的柱體。由于渦激效應，可繞軸線旋轉的柱體在不同流速的流體作用下會發生周期性擺動、隨機擺動以及單向旋轉等幾種狀態。其中，單向旋轉是較為理想的有利于穩定持續發電的運動狀態。然而從實際應用的角度，對渦激效應下的旋轉運動而言，圓形、橢圓等圓角截面的柱體不易產生渦激效應，三角形、四邊形等尖角的多邊形截面的柱體更易發生渦激振動，但是由于三角形、四角形等規則截面形狀的逆旋轉方向的阻流作用，隨機擺動較為常見，單向旋轉只有在流速足夠大的情況下才會發生。因此傳統的截面的柱體對流體能量的捕獲仍然存在提升空間，發電不夠持續穩定，發電效率低。

發明內容

本發明的目的就是為了提供一種基于改進截面柱體的渦激效應的發電裝置，通過曲線對于流體沖力的疏散，徑向截面被分割為迎風邊和背風邊，其改進截面的設計相比圓角截面對渦激效應的反應更加明顯；相比于常規多邊形，曲邊又可以減少逆旋轉方向的阻流作用，使柱體更易于單向旋轉，使電能輸出更加穩定持續從而可以利用各個方向的來流的動能進行收集，能量吸收率高，裝置運行效率高。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于改進截面柱體的渦激效應的發電裝置，包括支架、能量捕獲件和發電模塊，所述能量捕獲件的兩端通過轉動組件與支架轉動連接，且輸出端與發電模塊連接，所述能量捕獲件為剛性柱體，所述能量捕獲件的徑向截面包括N條平直線條單元，各平直線條單元的兩端延長后與相鄰平直線條單元的延長線相交得到多邊形，且相鄰平直線條單元的端點通過曲線段連接。

所述平直線條單元為一根或兩根線段，且當為兩根線段時，兩根線段首尾相連形成一個內夾角，所述內夾角為多邊形的一個內凹角。

所有平直線條單元均為一根線段。

所述徑向截面為旋轉對稱圖形，最小旋轉對稱角為360°/N。

所述多邊形為軸對稱圖形。

所述曲線段為圓、橢圓、拋物線或雙曲線的一部分。

所述能量捕獲件為等截面柱體。

所述能量捕獲件為非等截面柱體。

所述能量捕獲件的軸線豎直布置。

所述能量捕獲件共設有多個，且各能量捕獲件的輸出端相互耦合與發電模塊連接。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：