随着科技的发展,微型传感器也在更多的工况下发挥着重要的作用。随之而来的就是微型传感器的供能问题,传统化学电池污染严重,后期需要人工更换,违背了国家走可持续发展的的方针政策。风能作为一种清洁可再生能源,总储量大且分布广,在当前的开发利用下一年可产生5.3×10¹³千瓦时电能。怎么高效的将风能转化成机械能、电能等成为科研工作者的研究重点。自然界中风遇到阻流钝体会产生涡激振动,将压电材料置于钝体后方,风致振动所引发的压电效应可将风能转化成电能并通过后期的交直流转换以及电能储存给微型传感器供电。首先,结合压电方程、压电振动模式以及压电振子支撑方式等压电基础理论以及欧拉-伯努利梁的模型对压电悬臂梁进行参数化建模以及压电浮能器的等效电路模型的建立;在控制单一变量的基础上,对压电悬臂梁长度、宽度以及压电层与基板层的不同厚度比进行仿真分析,有助于通过压电悬臂梁尺寸的选择达到最佳的浮能效果;结合本次仿真分析,归纳出压电悬臂梁的仿真流程,对后续的俘能器设计中的压电悬臂梁部分起到指导性的作用。其次,根据计算流体力学的控制方程以及钝体绕流的相关知识,使用Fluent软件对不同形状的阻流钝体进行简化的二维平面的仿真分析,得到了不同形状的阻流钝体的升阻力以及压力速度云图;基于ANSYS Workbench平台使用动网格进行流体域的划分进行了圆、方柱后接柔性挡板的双向流固耦合计算,仿真结果中钝体后接柔性挡板的摆动表明了柔性体在风场中进行流固耦合计算的可行性,为后续柔性压电片在风场中俘能仿真提供了指导;结合钝体后方的涡街脱落频率,钝体所受压力、升阻力,达到稳定周期性摆动所需要的时间综合考虑,圆形阻流钝体更加适合参与到后续压电俘能器的设计当中。最后,构建了流-固-电三物理场耦合模型,购置设备并搭建了压电俘能器实验平台;在已有双向流固耦合模型的基础上引入压电插件,进而使用ANSYS Workbench平台进行流-固-电三物理场耦合仿真;考虑到该压电俘能设备研发成功后的户外使用环境,将俘能设备放置在操场进行振动能量的采集,三种不同的方式下柔性压电片的发电量随着圆柱钝体直径、来流速度和压电悬臂梁长度改变而变化的趋势达成了一致且与上述三者皆呈正相关。