Advanced Aerodynamic Energy Harvester Based on the Dual‐Cylinder Vortex‐Induced Vibration Coupling Effect

材料科学 涡激振动 振动 空气动力学 涡流 圆柱 对偶(语法数字) 联轴节(管道) 机械 能量收集 能量(信号处理) 声学 机械工程 物理 复合材料 工程类 文学类 艺术 量子力学
作者
X.D. Xue,Chao Chen,Yuming Feng,Jinzhi Zhu,Yuqi Wang,Yang Yu,Jianyang Zhu,Xuejing Sun,Jialong He,Hengyu Li,Xiaojun Cheng,Zhong Lin Wang,Tinghai Cheng
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:15 (37)
标识
DOI:10.1002/aenm.202502840
摘要

Abstract Flow‐induced vibration (FIV)‐based wind energy harvesters (WEHs) exhibit unique structural advantages and exceptional adaptability in harvesting disordered wind energy. However, WEHs that rely solely on FIV still suffer from insufficient vibration response and constrained output performance. Here, this work proposes a dual‐cylinder vortex‐induced vibration composite nanogenerator (DVNG). DVNG is designed based on advanced aerodynamic principles, significantly enhancing aerodynamic performance through dual‐cylinder vortex‐induced vibration coupling and integrating triboelectric and electromagnetic technology for efficient harvesting of disordered wind energy. By optimizing the structure and parametric arrangement of the dual‐cylinder configuration, the short‐circuit currents of the TENG and EMG units in the DVNG are increased 7‐fold and 12‐fold, respectively. Subsequently, further optimization of the power generation unit parameters enables the DVNG to achieve a peak power density of 11.8 W m −3 at a wind speed of 8 m s −1 . Finally, the DVNG successfully powers multiple sensors and warning lights, establishing a self‐powered health monitoring system for smart rail transit. Overall, this work offers a novel approach for the efficient harvesting of disordered wind energy using FIV‑based nanogenerators and further demonstrates its application prospects in smart transportation.
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