机械工程学报 ›› 2026, Vol. 62 ›› Issue (11): 362-371.doi: 10.3901/JME.260601
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李金霞1, 林纪1, 孙宏军2, 李双宝3
LI Jinxia1, LIN Ji1, SUN Hongjun2, LI Shuangbao3
摘要: 为解决分布式流量计在偏远地区的供电困难问题,提出基于流致振动压电俘能的自主供电流量计并进行优化设计。通过安装在圆柱上的对称方形附加物引起被动湍流控制(Passive turbulence control,PTC),从而对振动模式进行调制。分析了0~180°范围内PTC放置角度对振动的影响,发现40°~75°、115°~155°时高流速引发驰振现象,此时振幅随流速单调递增;其他PTC角度则为涡振模式,此时高流速时频率随流速单调递增。利用不同振动模式的单调特性,分别提出了基于频率和幅值的流量计量方法。然后,综合俘能-计量协同需求,考虑输出功率、计量精度和可靠性等指标,利用基于熵权法-逼近理想解排序法(Entropy weight method-technique for order of preference by similarity to ideal solution,EWM-TOPSIS)的自适应权重评价方法振子优化,发现幅值计量最优PTC角度为45°、频率计量则为160°。最后,设计了能量管理-信号处理复用的自供电模块并进行了实流试验,最大占空比14.3%,重复性优于1%,精度优于5%,量程比优于6:1,尤其适合在人力难以到达的环境中进行管路流量计量和泄漏监测等。
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