李海涛 曹 帆 任 和 丁 虎 陈立群

* (中北大学理学院力学学科部，太原 030051)

† (上海大学上海市应用数学和力学研究所，上海 200072)

引言

能量的循环利用已经成为世界范围内具有重大意义的科学难题.与此同时，能量收集已经成为一种新兴的技术，它可以将环境中冗余的能量转换为电能，在微电子设备的自供能设计领域有着不可限量的应用前景，受到国内外研究者的广泛关注[1-3].

风能是一种常见的能源，风力发电机是一种典型的能量转化装置，可用于实现风能至电能转化.但是风力发电机运行过程中会产生强烈的噪音，并且对强风有较大的依赖性，以上缺点限制其在人口密度较高地区的运行[4].作为传统涡轮机的替代品，流致振动能量收集装置也可将环境中的低速风能转化为电能，按照流固耦合的作用机理可以分为抖振[5-6]、涡激振动[7-8]、驰振[9-10]和尾流驰振[11-12].由于实施方案的便利性，近年来基于涡激振动与驰振的能量收集装置得到了广泛研究.它们的结构设计都利用了流场和钝头体之间的不稳定的流固耦合作用.涡激振动能量收集装置大都采用圆形截面的钝头体，它只在特定的流速范围内产生较大位移，然而当风速超过这一范围，能量收集效果将会急剧地下降[13-14].驰振能量收集装置的钝头体大都采用带有棱角的截面，如矩形、三角形和D 形等，响应幅值随着风速的增加而增大.然而驰振式能量收集装置只有在环境风速高于切入……