水流波動的案例
河南大學(xué)程綱Advanced Functional Materials: 摩擦納米發(fā)電機的無源高效電
目前，TENG不僅可以收集風能、振動、水滴、水流、波動的能量，也可以發(fā)展光、氣體、聲音、脈搏、溫度等自驅(qū)動傳感系統(tǒng)。TENG的輸出具有電壓高、電流低的特性，需要使用電源管理電路（PMC）將其電能高效存儲起來，以滿足小型電子器件的供電要求。但是，TENG的輸出阻抗大，與PMC的阻抗不匹配，是發(fā)展高效PMC所面臨的重要問題。
【成果簡介】
近日，河南大學(xué)特種功能材料教育部重點實驗室程綱教授在Advanced Functional Materials上發(fā)表了題為“High energy storage efficiency triboelectric nanogenerator with unidirectional switch and passive power management circuit”的文章。報道了一種單向開關(guān)式摩擦納米發(fā)電機 (TENG-UDS)，并將其應(yīng)用到電源管理電路 (PMC) 中。TENG-UDS的等效阻抗小于1 kΩ，可以在1 kΩ到1 GΩ的負載范圍內(nèi)保持輸出能量的最大化，不受負載電阻的影響。而且由于開關(guān)中雙觸頭的設(shè)計，無需整流實現(xiàn)了單向的電學(xué)信號輸出。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了由電感、二極管和儲能電容等簡單原件組成的無源PMC。理論計算結(jié)果表明，該無源PMC的總能量存儲效率可以達到75.8%。在對10 μF電容的實際充電測試中，總能量存儲效率可以達到48.0%。演示結(jié)果表明，利用此PMC所存儲的電能可以驅(qū)動商用電子表和高亮度的QLED器件。該項工作的第一作者為河南大學(xué)碩士研究生秦懷方，河南大學(xué)程綱教授、香港中文大學(xué)訾云龍博士、佐治亞理工學(xué)院王中林院士是本文的共同通訊作者。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1.
展開 基于六面體網(wǎng)格和VOF的城市管道井噴瞬態(tài)模擬
受城市地下管網(wǎng)通氣設(shè)施布置條件限制，在調(diào)蓄隧道充水尤其是快速充水時，豎井內(nèi)的水流極易封堵隧道內(nèi)尚未排出的氣體，從而形成滯留氣團。在水流沖擊、壓力波動和表面張力等因素的綜合作用下，滯留氣團在釋放過程中，系統(tǒng)內(nèi)可能產(chǎn)生水氣混合物從豎井內(nèi)涌出地面的“井噴”(geyser)現(xiàn)象。
圖1 國外井噴現(xiàn)象
接下來嘗試模擬一篇SCI論文中間歇泉現(xiàn)象，如圖2所示，初始氣團在水平管道左側(cè)，水平管道兩側(cè)為壓力邊界條件，上方出口為壓力出口。
圖2 計算說明
網(wǎng)格處理采用Fluent meshing繪制六面體網(wǎng)格，簡單快捷，對邊界層進行了處理，網(wǎng)格數(shù)量可控，網(wǎng)格質(zhì)量在0.4以上。
圖3 六面體網(wǎng)格
模擬計算在Fluent中完成，兩相流模型采用VOF進行處理，能夠較好的模擬自由液面的形變。湍流模型采用RNG k-epsilon湍流模型。該模擬中相關(guān)設(shè)置如圖4所示，該問題的主要復(fù)雜點在于網(wǎng)格的處理和Fluent中設(shè)置和參數(shù)的選擇。
展開 近海結(jié)構(gòu)有限元分析軟件 ANSYS ASAS
特色包括：
· 波，水流和風載荷
· 規(guī)則波和隨機波 (JONSWAP, Pierson-Moskowitz 和用戶自定義的)
· Airy, Stokes 5th, Cnoidal, 流函線數(shù)和Shell New 波，以及用戶自定義波格點
· 管單元和梁單元
· 進水或密封構(gòu)件
· 牽引力和慣性力
· 海面上升
· API編碼中的波載荷，包括水流波周期，水流展寬，水流阻塞因子和波動力學(xué)因子的影響
· 雷諾數(shù)效應(yīng)
ASAS-VISUALIZER－后處理
ASAS-VISUALIZER作為最早圖形程序(PICASO, ASDIS 和 BEAMVIEW)的替代者在2003年被引入。它和ASAS URSD聯(lián)合工作，提供高度直觀和強大的圖形顯示功能。GUI格式和其它世紀動力公司的產(chǎn)品，如AUTODYN 和 AutoReaGas，相對是一致的。
后處理器其它功能
· 按照集合進行的結(jié)構(gòu)部件的顯示（直接來自 ASAS，依據(jù)數(shù)據(jù)列表或通過屏幕由用戶自定義）
· 按照組、單元類型和材料類型的結(jié)構(gòu)部件的顯示
· 梁截面的顯示
· 由編碼檢查得到的統(tǒng)一核對值
· 由系列載荷工況獲得的最高統(tǒng)一核對值
· 梁偏移量
· 點載荷和分布載荷的顯示
· 等值線繪制
· 模態(tài)形式
· 動畫
展開 有限元分析軟件 ANSYS ASAS在近海結(jié)構(gòu)里的應(yīng)用
特色包括：
· 波，水流和風載荷
· 規(guī)則波和隨機波 (JONSWAP, Pierson-Moskowitz 和用戶自定義的)
· Airy, Stokes 5th, Cnoidal, 流函線數(shù)和Shell New 波，以及用戶自定義波格點
· 管單元和梁單元
· 進水或密封構(gòu)件
· 牽引力和慣性力
· 海面上升
· API編碼中的波載荷，包括水流波周期，水流展寬，水流阻塞因子和波動力學(xué)因子的影響
· 雷諾數(shù)效應(yīng)
ASAS-VISUALIZER－后處理
ASAS-VISUALIZER作為最早圖形程序(PICASO, ASDIS 和 BEAMVIEW)的替代者在2003年被引入。它和ASAS URSD聯(lián)合工作，提供高度直觀和強大的圖形顯示功能。GUI格式和其它世紀動力公司的產(chǎn)品，如AUTODYN 和 AutoReaGas，相對是一致的。
后處理器其它功能
· 按照集合進行的結(jié)構(gòu)部件的顯示（直接來自 ASAS，依據(jù)數(shù)據(jù)列表或通過屏幕由用戶自定義）
· 按照組、單元類型和材料類型的結(jié)構(gòu)部件的顯示
· 梁截面的顯示
· 由編碼檢查得到的統(tǒng)一核對值
· 由系列載荷工況獲得的最高統(tǒng)一核對值
· 梁偏移量
· 點載荷和分布載荷的顯示
· 等值線繪制
· 模態(tài)形式
· 動畫
展開 
ASAS-OFFSHORE功能特色
特色包括：
· 波，水流和風載荷
· 規(guī)則波和隨機波 (JONSWAP, Pierson-Moskowitz 和用戶自定義的)
· Airy, Stokes 5th, Cnoidal, 流函線數(shù)和Shell New 波，以及用戶自定義波格點
· 管單元和梁單元
· 進水或密封構(gòu)件
· 牽引力和慣性力
· 海面上升
· API編碼中的波載荷，包括水流波周期，水流展寬，水流阻塞因子和波動力學(xué)因子的影響
· 雷諾數(shù)效應(yīng)
ASAS-VISUALIZER－后處理
ASAS-VISUALIZER作為最早圖形程序(PICASO, ASDIS 和 BEAMVIEW)的替代者在2003年被引入。它和ASAS URSD聯(lián)合工作，提供高度直觀和強大的圖形顯示功能。GUI格式和其它世紀動力公司的產(chǎn)品，如AUTODYN 和 AutoReaGas，相對是一致的。
后處理器其它功能
· 按照集合進行的結(jié)構(gòu)部件的顯示（直接來自 ASAS，依據(jù)數(shù)據(jù)列表或通過屏幕由用戶自定義）
· 按照組、單元類型和材料類型的結(jié)構(gòu)部件的顯示
· 梁截面的顯示
· 由編碼檢查得到的統(tǒng)一核對值
· 由系列載荷工況獲得的最高統(tǒng)一核對值
· 梁偏移量
· 點載荷和分布載荷的顯示
· 等值線繪制
· 模態(tài)形式
· 動畫
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