Evaluación Numérica del Potencial de Captura de Energía del Flujo en un Microcanal
Autores: Koubogiannis, Dimitrios G.; Benetatos, Marios Vasileios N.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Evaluación Numérica del Potencial de Captura de Energía del Flujo en un Microcanal
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Dispositivo de recolección de microenergía
Desprendimiento de vórtices
Fluctuación de presión
Diafragma
Membrana piezoeléctrica
Modelo de CFD
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Se estudió numéricamente un dispositivo de recolección de microenergía propuesto en la literatura. Consiste en dos cuerpos bluff en un microcanal y un diafragma flexible en su pared superior. La separación de vórtices detrás de los cuerpos induce fluctuaciones de presión que causan la vibración del diafragma, que convierte la energía mecánica en eléctrica mediante una membrana piezoeléctrica. La investigación sobre la mejora de la separación de vórtices fue justificada debido a la baja potencia de salida del dispositivo. Se predijeron numéricamente la amplitud y la frecuencia de la fluctuación de presión no estacionaria en el diafragma. La severidad de la separación de vórtices se evaluó principalmente en términos de amplitud de presión. Se describió en detalle la configuración del modelo CFD y se definieron métricas apropiadas para evaluar el potencial de recolección de energía. Se simularon varios casos en 2D para estudiar el efecto del número de Reynolds de entrada y la relación de bloqueo del canal en el rendimiento prospectivo del dispositivo. Además, se buscó la relación de bloqueo crítica que conduce a la supresión de la separación de vórtices. Se encontró que una mayor velocidad de entrada para una relación de bloqueo constante mejora la separación de vórtices y la caída de presión. Valores de relación de bloqueo altos, pero inferiores a los críticos, parecían proporcionar grandes amplitudes de presión a expensas de una caída de presión moderada. Hay evidencia de que el campo es fructífero para futuras investigaciones y se proporcionaron direcciones relevantes.
Descripción
Se estudió numéricamente un dispositivo de recolección de microenergía propuesto en la literatura. Consiste en dos cuerpos bluff en un microcanal y un diafragma flexible en su pared superior. La separación de vórtices detrás de los cuerpos induce fluctuaciones de presión que causan la vibración del diafragma, que convierte la energía mecánica en eléctrica mediante una membrana piezoeléctrica. La investigación sobre la mejora de la separación de vórtices fue justificada debido a la baja potencia de salida del dispositivo. Se predijeron numéricamente la amplitud y la frecuencia de la fluctuación de presión no estacionaria en el diafragma. La severidad de la separación de vórtices se evaluó principalmente en términos de amplitud de presión. Se describió en detalle la configuración del modelo CFD y se definieron métricas apropiadas para evaluar el potencial de recolección de energía. Se simularon varios casos en 2D para estudiar el efecto del número de Reynolds de entrada y la relación de bloqueo del canal en el rendimiento prospectivo del dispositivo. Además, se buscó la relación de bloqueo crítica que conduce a la supresión de la separación de vórtices. Se encontró que una mayor velocidad de entrada para una relación de bloqueo constante mejora la separación de vórtices y la caída de presión. Valores de relación de bloqueo altos, pero inferiores a los críticos, parecían proporcionar grandes amplitudes de presión a expensas de una caída de presión moderada. Hay evidencia de que el campo es fructífero para futuras investigaciones y se proporcionaron direcciones relevantes.