پیزوالکتریک در نرم افزار کامسول COMSOL
پديدة پيزوالکتريک عبارت است از توانايي تبديل نيروهاي مکانيکي به الکتريسيته که در برخي از سراميک ها ديده مي شود. استفاده از انواع انرژي جهت کاهش فشار موجود بر منابع سنتي انرژي نظير سوخت هاي فسيلي در اولويت تحقيقاتي و عملياتي قرار دارد، رويکرد برداشت انرژي از سيستم هاي متنوع توسط پديدة پيزوالکتريک مورد توجه است. اين برداشت انرژي مي تواند از انواع منابع ارتعاشي با فرکانس هاي مختلف صورت گيرد. شبيه سازي هاي کامپيوتري روش مناسبي براي کمک به طراحي هاي مختلف هستند.
نرم افزار کامسولcomsol ، که بر اساس حل معادلات ديفرانسيل حاکم بر سيستم ها به روش اجزاي محدود عمل مي کند، داراي ماژولي جهت شبيه سازي سيستم هاي پيزوالکتريک است. نتايج نشان مي دهد که ميزان ولتاژ و توان الکتريکي قابل حصول از ارتعاشات وارد بر يک مادة پيزوالکتريک به ميزان فرکانس ارتعاش بستگي دارد. بيشينه برداشت انرژي الکتريکي نزديکي فرکانس تشديد رخ مي دهد.
کاربرد
از اين پديده در کاربردهاي صنعتي و پزشکي استفاده مي شود. تأمين انرژي براي فرايندهاي گوناگون از جمله کليدي ترين چالش هاي امروز حوزة دانش و فناوري است. تلاش براي استخراج بيشتر منابع انرژي، ارتقاي بازدهي فناوري ها، مصرف کننده هاي انرژي و يافتن منابع نوين انرژي راه هاي متنوعي هستند که پيش روي محققان قرار دارند. استفاده از منابع تجديدپذير انرژي و منابعي که به صورت آزاد در طبيعت وجود دارند يا از فعاليت هاي فناورانه و زيستي توليد مي شوند و به صورت آزاد تلف مي شوند، از ديگر مواردي است که توجه پژوهشگران را به خود جلب کرده است.
زمينة مهم ديگري که در بحث انرژي از اهميت خاصي برخوردار است عبارت است از تأمين انرژي براي دستگاه هايي که به مقادير بسيار کمي از انرژي به صورت پيوسته براي کارکرد خود احتياج دارند. با پيشرفت هاي اخير در فناوري بي سيم و سيستم هاي ميکرو الکترو مکانيکي تقريباً امکان جايگذاري حسگرهاي بي سيم در هر نقطه وجود دارد. معمولاً توان مورد نياز اين حسگرها از طريق باتري هاي معمولي که طول عمر محدود دارند تأمين مي شود.
سيستم هاي ميکروالکترومکانيکي
چون جايگزيني باتري کاري پرهزينه است و همچنين دفع باتري هاي مستعمل هميشه از نظر مباحث زيست محيطي مورد انتقاد قرار دارد، برداشت انرژي از ارتعاشات محيط با استفاده از فناوري سيستم هاي ميکروالکترومکانيکي يکي از گزينه هاي مناسب جهت تأمين انرژي مصرفي اين وسائل به نظر مي رسد. ارتعاش را مي توان با استفاده از انواع مختلف مبدل الکترومکانيکي به انرژي الکتريکي تبديل کرد و سيستم هاي ميکروالکترومکانيکي پيزوالکتريک به عنوان فناوري جذابي براي برداشت مقادير کوچکي انرژي از ارتعاشات محيط، کاربردهاي زيادي دارند. در اين سيستم ها ارتعاشات مکانيکي برداشت شده به انرژي الکتريکي تبديل مي شود.
مواد پيزوالکتريک در کامسول
اين روش برداشت انرژي نسبت به روش هاي ديگر از مزايايي چون تراکم توان بالا، سهولت کاربرد و قابليت ساخت مواد پيزوالکتريک جهت برداشت انرژي ارتعاشي براي مقياس هاي مختلف ميکرو، ماکرو و نانو برخوردار است. جنس مواد تشکيل دهندة حسگر پيزوالکتريک عاملي مهم و تعيين کننده در برداشت انرژي است. تيتانات زيرکونات سرب ماده اي مطلوب و پرکاربرد در دستگاه هاي برداشت انرژي (PZT) با استفاده از اثر پيزوالکتريک است. با مطالعة جنبه هاي مختلف اين فناوري مي توان عملکرد آن را بهبود داد و با تغيير جنس فيلم هاي حسگر، يا تغيير فرکانس و شتاب ورودي توان توليدي را افزايش داد.
ارتعاشات
از محدوديت هاي اين تحقيق مي توان به متغيربودن فرکانس ارتعاشات در برخي موارد اشاره کرد. به عنوان مثال وقتي از ارتعاشات يک موتور احتراق داخلي انرژي برداشت مي شود با تغيير دور موتور، فرکانس نوسان منبع هم تغيير مي کند. همچنين از ديگر مواردي که در تحقيقات اين زمينه از حساسيت بالايي برخوردار است و موجب محدوديت هايي مي شود، پايين بودن فرکانس برخي منابع ارتعاشي است. به عنوان مثال در مواردي که از حرکت هاي بدن انسان به عنوان منبعي براي تأمين انرژي استفاده مي شود، فرکانس اين حرکات بسيار پايين است.
جهت یادگیری کامل نرم افزار کامسول آموزش های رایگان ما را در سایت حامی پروژه دنبال نمایید. و در صورت مشکل در انجام پروژه های comsol خود با متخصصین حامی پروژه در تماس باشید. برای ارتباط با تیم تخصصی کامسول حامی پروژه با شماره 09934702599 تماس حاصل نمایید.