原文信息：
Stochastic analysis for vortex-induced vibration piezoelectric energy harvesting in incoming wind turbulence
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.124618
Highlights
•建立一种随机分析方法，用于考虑入射湍流条件下的VPEHs的振动特性。
•分析了湍流脉动效应对能量收集的影响机理，并进行风洞实验。
•给出基于随机方法对能量收集装置的可靠性设计。
Abstract
Utilizing vortex-induced vibration piezoelectric energy harvesters (VPEHs) to capture wind energy from the environment to power sensors is a prospective technique. Most of the scholars in previous studies only take into account the uniform wind, i.e., they take the average value of wind turbulence, ignoring the effect of the pulsation component in a practical wind environment. This may result in an inability to predict correctly the working performance of the VPEHs in real environments. To solve this problem, we establish a stochastic analysis method for the VPEHs based on the probability density evolution method (PDEM). The lift and the drag coefficients are assumed to be random variables. Subsequently, the random responses of the VPEHs in different incoming wind turbulence situations are investigated by numerical analysis and wind tunnel experiments. The results show that the confidence intervals and the probability density distributions computed by the stochastic analysis method can reflect the characteristics of the VPEH's random response in turbulence. Finally, a reliability design research exploration of the VPEHs in turbulence is carried out based on the stochastic analysis approach. The stochastic analysis method established in this study provides new insights for predicting the working performance and optimizing the design of the VPEHs in the practical environment.
Keywords
Energy harvesting；
Vortex-induced vibration；
Probability density evolution method;
Stochastic analysis；
Turbulence；
Piezoelectric；
Graphics
图1：图形摘要
图2：能量收集装置与力电模型
图3：随机分析置信带，（a）风速-功率曲线与（b）电阻-功率曲线
图4：瞬态响应的PDF和CDF分布
图5试验概览：(a) 直流风洞；(b) 能量收集试验设计；(c)、(d) 和 (e) 仪器组装
图6：不同风湍流条件下的PDF和CDF对比
团队简介
本研究由北京交通大学、北京林业大学的研究人员共同完成。
通信作者简介：
向宏军，博士，北京交通大学教授、博士生导师。先后获国家优秀青年基金、教育部“新世纪优秀人才”、北京市“青年英才”等人才计划和项目支持，研究成果获教育部优秀科研成果自然科学二等奖，现带领团队从事能量收集及其在自驱动无线传感网络中的应用研究，已培养硕士和博士毕业生40余人。在Composites Part B: Engineering、Applied Energy、Energy Conversion and Management、Mechanical Systems and Signal Processing、Composite Structures、Engineering Structures等期刊上发表论文70余篇。
第一作者简介：
王经琰，北京交通大学2023级博士研究生，从事风致振动压电能量收集研究，在Applied Energy、Mechanical Systems and Signal Processing等中科院一区期刊上发表论文3篇。
关于Applied Energy
本期小编：周佛金；审核人：袁东东
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