蠶豆脫殼機機械結構設計【說明書+CAD+PROE】

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Aquinoa,*, John Kaiser Calautitb, Ben Richard Hughesa 英國謝菲爾德大學機械工程系 英國諾丁漢大學建筑與建筑環(huán)境系 摘要 在這個現代時代，低能設備無處不在，尤其是在考慮它們在建筑環(huán)境中的應用時。本研究探討了建筑整合與能源整合的可能性。 風力誘發(fā)顫振能收割機(WIFEH)的處理能力，這是一種微型發(fā)電機，旨在為低功率應用提供能源。本工作進行了實驗研究。 f風洞內的WIFEH模型和與WIFEH系統(tǒng)集成的建筑物的計算流體力學(CFD)模型研究。實驗對不同風作用下的WIFEH進行了研究。 風洞風速在2.3至10米/秒之間變化，以測量設備的感應電壓產生能力。的wifeh能夠產生3伏的電壓有效值、峰-峰值電壓 當氣流為2.3 m/s時，壽命為8.72 V，短路電流為1mA.。隨著風速增加到5m/s，以及隨后的膜片保留，rms和峰值電壓也隨之增加。 短路電流也分別增加到4.88 V、18.2 V和3.75 mA。仿真中采用坡屋頂式建筑模型，從文獻中獲得的27?間距。用于計算流體力學 將WIFEH集成到一座建筑中，由于該地區(qū)的流量最大化，建筑物屋頂的頂部產生了最高的功率輸出。這個位置專業(yè) 介紹了45°進近角下最大功率輸出，在裝置位置為6.2 m/s的加速風作用下，估計產生了62.4 mW功率。的方法和結果 這項工作可有助于進一步研究世界城市發(fā)展綜合方案在城市環(huán)境中的整合。 ?2017年作者。由Elsevier有限公司出版。 由第九國際應用能源會議科學委員會負責的同行評審。 關鍵詞：氣流；氣動彈性顫振；建筑物；計算流體力學；模擬；風；風帶 1. 介紹 目前，建筑占發(fā)達國家總能耗的20-#number0#，超過了工業(yè)和運輸部門的消費[1]。最重要的進步 發(fā)展風能 1876-6102。?2017年作者。由Elsevier有限公司出版。由第九國際應用能源會議科學委員會負責的同行評審。10.1016/j.egypro.2017.12.05 一 322 Angelo I.Aquino等人/能源程序142(2017)321-327 在建筑物中收獲是顯而易見的--使發(fā)電廠更接近電力用戶。由于能源創(chuàng)造手段的共享和向公眾傳播，更高的能源效率 預計，隨著對能源公司的依賴減少，碳足跡減少，經濟得到全面刺激[2]。此外，分布式發(fā)電將成為一種新的發(fā)電方式。 減少電網的負荷，依賴柴油發(fā)電機(在停電時)和輸電費用。 一種新的和正在出現的替代通常渦輪機是風致顫振能收割機。在這個瞬息萬變的世界里，低能發(fā)電設備越來越受到人們的關注。 離子由于其與自助式微型設備和無線傳感器網絡的潛在集成，特別是在城市環(huán)境中。這些微型發(fā)電機產生的功率足以 聯合國發(fā)光二極管，獨立無線傳感器節(jié)點和小型液晶顯示器[3]-[5]。與以渦輪為基礎的發(fā)電機不同，WIFEH是一種小型、輕便、經濟的直接混合器。 不需要任何齒輪、轉子或軸承的Sion能量收割機。風向張緊的薄膜或帶周圍流動，使薄膜顫振，啟動連接的永磁體。 相對于一組線圈振動。這種運動導致電流在線圈中流動，從而產生電力[6]-[8]。 2.文獻綜述與目標 在低能風能治理方面，最開始的技術之一是被認為是“顫振型”能源收割機。這些裝置可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的風渦輪機。 由于沒有組件移動部件，ES具有一定的優(yōu)勢，從而降低了生產成本，延長了系統(tǒng)壽命。同樣重要的是要注意到基于顫振的風力機。 Gy甚至可以設計成適應高度波動的風速和變化方向[9]。 為了提高無線傳感器網絡(WSN)的使用壽命，人們對適合其規(guī)模的替代電源進行了不斷的研究。WSN技術 目前部署在毫瓦和微波功率范圍[10]。對于小型能源收割機來說，這是一個吸引人和有利可圖的利基，尤其是w型。 e現被視為WIFEH。該風力收割機利用氣動彈性顫振將風能中的動能轉化為電能。 本文討論了WIFEH能源治理潛力的評價問題。通過對收割機樣機的試驗研究，對其進行了評價。 內部風洞；和(Ii)通過CFD分析，有關外部條件和收割機位置對收割機發(fā)電能力的影響。實驗分析將評估建造的 WIFEH樣機在不同風洞風速作用下的性能。cfd分析將研究各種外部條件和設備位置對性能的影響。 世界衛(wèi)生組織的成就。模擬將使用一個27度高的山墻屋頂式建筑模型[11]。大氣邊界層(ABL)流將用于模擬入射風。 3. WIFEH樣機風洞試驗運行評價 為了表征不同風速對收割機性能的影響，在風洞內搭建了樣機并進行了試驗。樣機在風洞風洞中進行了測試。 W速度，使測量RMS電壓，峰值電壓和短路電流產生的收割機響應于不同的風速。W的示意圖 ifeh是圖1）而顯示原型示意圖在圖1中描繪的定位是B）。 在低速閉環(huán)風管風洞內，對單線圈、8層1.5 mm厚、10 mm直徑磁鐵的WIFEH原型進行了初步試驗研究。 詳見[12]。風洞有一個尺寸為0.5、0.5和1米的試驗段(見圖2)。風洞中的流動在試驗測試之前就有了特征。 e試驗段的不均勻性和湍流強度分別為0.6%和0.49%，符合推薦準則[12]。 Angelo I.Aquino等人/能源程序142(2017)321-327 323 為了進行數據采集，該系統(tǒng)連接到位于風洞外的Tektronix TBS1052B數字存儲示波器。風洞內的風速與風洞m的風速是不同的。 2.3 m/s至最大值為(I)8m/s，不進行帶重扣；(Ii)10m/s，帶重新拉緊。應該注意的是 重新調整，皮帶的性能沒有改善超過8m/s。在不進行膜保留的情況下，觀察到了自持續(xù)但不穩(wěn)定的振蕩，導致電壓信號不正常。 headings標題( heading的名詞復數 ) Retensioner a) Flutter Flutter Coil 500 mmb) membrane Magnet Flutter membrane WIFEH prototype 500 mm 1000 m 洞試驗段原型 圖1。一個示意圖）四（4線圈安排）wifeh B）一wifeh風 圖2。（一）的閉環(huán)風洞側視圖（B）wifeh原型一個線圈配置顯示顫振運動在2.3米/秒 電壓波形的相關屬性，如最大值、峰峰值、均方根（RMS）的電壓和頻率可以在示波器的7英寸WVGA TFT彩色顯示器即時觀察。該儀器有3%個垂直（電壓）測量精度，允許用戶看到所有信號的細節(jié)。測量了連續(xù)不間斷生產的波形在示波器的液晶顯示器顯示和記錄連接到示波器的USB存儲設備。 用于風洞試驗的wifeh模型構建部分使用3D打印。銅線用于制造導電線圈銅漆包線40號（標準線規(guī)）直徑0.125毫米。圓形殼體三維使用HP Designjet 3D打印機打印。外殼外徑為54。 阿曼達內徑（孔直徑為12.5毫米），20毫米的間距和內外厚度為12毫米的繞組線圈。大約2500匝的線圈產生線圈。線圈的內阻測量為1150歐姆。相比之下，線圈用于設備中的傳感器從S. Frayne了38 AWG搪瓷線約25歐姆[ 13約150匝，電阻]。 交流電壓波形產生的wifeh系統(tǒng)在受到一個恒定的2.3米/秒的氣流是在圖3所示，這是一個）形成了有規(guī)律的正弦波形。這第一次試驗相當于風洞的初始和最小流速。測量為3 V RMS電壓的均方根電壓是可變電壓源如wifeh有效值。最大電壓讀數為3.84 V，峰值電壓為8.72 V。 沒有事先保留膜，風洞氣流速度增加到5米/秒，觀察和記錄，如圖3中B所示是再交流電壓信號）。波形與前一種情況不一樣，我們可以觀察到鋸齒波信號與鋸齒波信號相似的更多轉折點，信號的負峰值減小。5米/秒風速記錄有效值為4.16 V，峰值至峰值18.4 V，最大值為8.8 V。 324 Angelo I. Aquino et al. / Energy Procedia 142 (2017) 321–327 該wifeh膜然后retensioned同時保持風洞氣流速度為5米/秒的收割機系統(tǒng)當進行一個恒定的氣流再次被記錄的交流電壓波形。再次觀察到有小峰和主峰的正弦規(guī)律。這風條件下，微型發(fā)電機產生的電壓4.88 V和9.20 V，最大峰峰值是18.2 V，如圖4所示的一個）。 圖3）的風致顫振能量采集器的開路電壓（wifeh）無膜保留一個）在2.3米/秒的流速B）在5米/秒的流速 4的風致顫振能量收割機開路電壓圖4（wifeh）膜保留5 m/s流速下 1米/秒的氣流速度也有兩例增加：（I）和（II）不帶保留帶保留，從2.3米/秒的開路電壓和短路電流進行每個增量后用數字萬用表，觀察?？梢哉f，在不帶保留的最大開路電壓和短路電流均為6米/秒的氣流速度，超越有兩變量顯著下降。這是由于觀察到，除了氣流速度之外，與較低風速的情況相比，傳送帶開始表現出不太穩(wěn)定的振蕩。這種不穩(wěn)定的顫振極大地影響了磁體線圈的相對動態(tài)定位，從而影響了導線圈的感應電壓和電流。因此，氣流速度和開路電壓或短路電流之間的關系沒有觀察到是線性的（見圖5）。However, with retensioning of the belt the linear relationship between airflow and voltage / current resume. 這種趨勢甚至持續(xù)到10米/秒的氣流速度。 圖5電輸出性能的無保留wifeh不同流速下：（一）開路電壓短路電流（B） 4.計算流體動力學（CFD）的wifeh融入建筑的分析 Angelo I.Aquino等人/能源程序142(2017)321-327 325 該wifeh集成到一個系統(tǒng)建設為藍本，通過ANSYS Fluent CFD模擬的氣流模式，在建筑內部和周圍的能量收割機速度大小和分布。這是為了使能源收割機在整個過程中的位置優(yōu)化。 各種建筑剖面。這項調查模擬了一個溫和的微風，這是第3類在博福特風力規(guī)模。流采用標準k-–?湍流模型模擬，這是在建筑物周圍風[ 11 ]流研究的一個行之有效的方法，–[ 14 ] [ 16 ]。 圖6）顯示一側面橫截面計算域內代表圍繞建設綜合wifeh氣流分布的速度分布。圖的左側顯示了米/秒氣流速度的刻度。流體域中的等高線圖是彩色編碼的，與CFD彩色地圖有關，范圍從0到5.9米/秒。而在wifeh設備R1的速度分布的觀點，R2和R3上的圖所示。結果表明，屋頂的形狀和角度對wifeh的性能有顯著的影響。在圖中，很清楚的是，在屋頂背風處定位設備會導致由于這個地區(qū)風速低而產生的能量很少。然而，應該注意到，其他風向角的情況并非如此，例如，風向是相反的方向。因此，在建筑物安裝設備時，位置測量、風評估和詳細建模是非常重要的。在風速（嗯）4.7米/秒和0°風向，R1中的氣流速度最高，而最低的是4.5米/ s的R2觀察wifeh位于屋頂的中央。 圖6 B）顯示一個視圖截面計算域內代表圍繞建設綜合wifeh氣流分布的速度分布。進場風廓線從該區(qū)域的右側進入，氣流在接近建筑物時減慢，并在拐角處加速。而在wifeh設備F1-F3和S1-S3速度分布的觀點是在圖表頂部和右側所示。在風速（嗯）4.7米/秒和0°風向，在F1和F3的氣流速度最高，而最低的是5.4m/s S2、F2觀察wifeh位于氣流回流區(qū)。圖7比較了位于三個位置F3、S3和R3的設備在各種室外風速下的估計輸出。在這三個地點中，在30°風向下，R3的輸出量最高，介于2.5到15.2 V之間，而F3的輸出量最低。 圖6。（a）建筑物B橫斷面?zhèn)让嬉晥D的速度幅度輪廓）建筑物的橫斷面俯視圖 Estimated Power Output (mW)  300 200 100 0  4  6 8 F3 10 室外風速(米/秒) R3 S3 圖7。各種室外風速的影響（嗯）對F3的位置wifeh估計輸出，S3和R3 326 Angelo I.Aquino等人/能源程序142(2017)321-327 5. 結束 風致顫振能收割機具有成本低、模塊化好等優(yōu)點，在建筑環(huán)境中具有很高的應用價值。隨著氣流速度的增加，明渠的氣流速度也隨之增加- 由WIFEH產生的電路電壓和短路電流。用數字示波器觀測到正弦波電壓信號，風洞風速為2.3 m/s。 5米/秒，皮帶重新固定。5m/s風量時，無帶扣帶時，波形變差。記錄的有效電壓分別為3.0 V和4.88 V，最大值為o。 F分別為3.84 V和9.20 V，風洞風速分別為2.3 m/s和5m/s。 在對WIFEH建筑位置的模擬方面，該建筑屋頂的頂點提供了最大的功率產量，該位置的產量最大，45度的最高。 風相對于建筑物的接近。因此，WIFEH裝置的優(yōu)化安裝可以優(yōu)先考慮建筑物的屋頂和后緣，以獲得最高的po。 可承受的發(fā)電，取決于風的條件，而不是前沿或表面中心。 對wifehs數組可以為進一步擴大潛在的系統(tǒng)組裝的可能性。結果說明使用詳細的CFD分析評價系統(tǒng)的意義 e及其周圍環(huán)境。詳細的速度分布結果表明，CFD能夠評價建筑物周圍設備的最佳定位。建模過程和 本工作提供的數據可供工程師和研究人員進一步研究WIFEH在城市環(huán)境中的整合。 感謝 我們要感謝英國文化協會(DOST-Newton基金編號209559487)為這項研究提供的資金。 參考 [1] Pérez-Lombard，L.，Ortiz，J.和Pout，C.，“建筑物能耗信息回顧”，“能源與建筑”，第二卷。40，第3號，第394-398頁，2008年。 [2] Toja-Silva，F.，Lopez-Garcia，O.，Peralta，C.，Navarro，J.和Cruz，I.，“高層建筑建筑屋頂幾何結構的經驗啟發(fā)式優(yōu)化， 應用能源，第二卷。164，第769-794頁，2016年。 [3] 胡永榮、張藝謀、徐、徐、林、L.、斯奈德、李玉良、王忠龍，“無線數據傳輸自力系統(tǒng)”，“納米通訊”，第二卷。11，第6號，第2572-2577頁，2011年6月 [4] 朱，G，楊，R，王，S，和王，Z.，“基于橫向ZnO納米線陣列的柔性高輸出納米發(fā)電機”，納米快報，第一卷。10，第8號，第3151-3155頁，2010年。 [5] 胡永華、張藝謀、徐、徐、朱、G.、王振中等人，“合理單極組裝高輸出納米發(fā)電機及其在驅動小型液晶顯示器中的應用”，Nano Le；G.和Wang，Z.，“合理單極組裝的高輸出納米發(fā)電機及其在驅動小型液晶顯示器中的應用 泰特斯火山。10，第12號，第50-25-5031頁，2010年。 [6] 阿基諾，A.I.，卡拉蒂特，J.K.和休斯，B.R.，“將航空彈性帶與低能風能治理的建筑環(huán)境相結合”，第209559487期，p.。10. 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