• شماره ركورد
    28359
  • پديد آورنده

    مهدي اسدي

  • عنوان
    طراحي، مدل‌سازي، شبيه‌سازي و بهينه‌سازي يك سيستم كف برداشت‌كننده انرژي الكترومغناطيسي
  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي سيستم‌هاي انرژي
  • سال تحصيل
    1399
  • تاريخ دفاع
    1402/2/25
  • استاد راهنما
    دكتر روح‌الله احمدي
  • استاد مشاور
    دكتر اميرموسي اباذري
  • دانشكده
    فناوري‌هاي نوين
  • چكيده
    سامانه‌هاي كفپوش برداشت‌كننده انرژي به فناوري اطلاق مي‌شود كه انرژي مكانيكي حاصل از وزن انسان را به انرژي الكتريكي تبديل مي‌كنند. اين سامانه‌ها را مي‌توان در محل‌ عبور عابران نصب كرد و از قدم انسان‌ها الكتريسيته توليد كرد تا در نتيجه يك منبع انرژي پايدار و كارآمد را فراهم كند. اين فناوري قابليت نصب در محيط‌هاي مختلف از جمله مكان‌هاي عمومي، ساختمان‌ها و متروها را دارد و مي‌تواند براي تامين انرژي دستگاه‌ها و حسگرها استفاده شود؛ اگر چه پژوهشگران معتقدند در مقياس كلان نيز مي‌تواند براي توليد الكتريسيته به عنوان يك منبع جديد تجديدپذير بكار رود. در مطالعه حاضر، يك كفپوش برداشت‌كننده انرژي جنبشي حاصل از قدم‌هاي انسان، طراحي و عملكرد آن ارزيابي شده است. در طراحي اين سامانه، از روش افزايش فركانس براي تبديل نيروي وزن انسان به حركت ارتعاشي استفاده شده است. افزون بر اين، از آرايش هالبچ آهنرباها براي توليد گراديان شار مغناطيسي قوي‌تر و در نتيجه توان خروجي بيشتر استفاده شده است. براي ارزيابي عملكرد سامانه، يك مدل نيمه‌تحليلي ارائه شده است. اين مدل با شبيه‌سازي‌هاي المان محدود ارزيابي و تاييد شده است. از مدل ارائه شده براي انجام تحليل حساسيت در راستاي ارزيابي تاثير متغيرهاي اثرگذار بر عملكرد سامانه استفاده شده است. نتيجه تحليل حساسيت مقدارهاي بهينه متغيرهاي تاثيرگذار بر عملكرد سامانه است كه سامانه بهينه را مشخص مي‌كند. اين سامانه بهينه به عنوان ماژول‌هايي براي ساخت يك كاشي 30×30 سانتي‌مترمربعي در نظر گرفته شده است. عملكرد كاشي به صورت كاربردي در حالات مختلف حركتي از جمله راه رفتن، دويدن بسيار آهسته، دويدن آهسته و دويدن سريع ارزيابي شده است كه در حالت راه رفتن توان 0.51 وات معادل 0.57 ميلي‌وات بر سانتي‌متر مربع توليد مي‌كند. همچنين، انرژي توليدي به ازاي هر قدم بر روي اين كاشي 511 ميلي‌ژول انرژي معادل 568 ميلي‌ژول بر سانتي‌متر مربع محاسبه و در مرحله تبديل انرژي مكانيكي به الكتريكي، ميزان گاز گلخانه‌اي كه از انتشار آن جلوگيري مي‌شود، به ازاي هر هزار قدم 0.09 گرم معادل كربن دي اكسيد تخمين زده شده است. علاوه بر اين، پتانسيل توليد انرژي در يك متراژ مشخصي در يك ايستگاه مترو محاسبه و مزيت‌هاي زيست‌محيطي آن ارزيابي شده است. در نهايت، سامانه ارائه شده با سامانه‌هاي مختلف در دسترس در ادبيات مقايسه شده است.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1402/03/08
  • عنوان به انگليسي
    Design, modeling, simulation and optimization of an electromagnetic energy harvesting floor system
  • تاريخ بهره برداري
    5/14/2024 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    مهدي اسدي

  • چكيده به لاتين
    Energy harvesting floor tile systems refer to technology that converts mechanical energy from human weight into electrical energy. These systems can be installed at pedestrian crossings and generate electricity from pedestrian’s footsteps to provide a sustainable and efficient energy source. This technology can be installed in public places, buildings, and subways, and can be utilized to supply energy to devices and sensors; Although researchers believe that it can also be used on a large scale to produce electricity as a new renewable source. In the present study, a floor tile footstep-driven kinetic energy harvester is designed, and its performance has been eva‎luated. The plucking-based frequency up-conversion technique has been used to convert the force of human weight into vibrational movement. In addition, the Halbach arrangement of magnets has been used to produce a stronger magnetic flux gradient and thus more output power. To eva‎luate the performance of the system, a semi-analytical model is presented. This model has been eva‎luated and validated by finite element simulations. The presented model has been used to perform sensitivity analysis in order to eva‎luate the impact of influencing variables on system performance. The result of the sensitivity analysis is the optimal values of the variables affecting the system performance, which determines the optimal system. This optimal system is considered as modules for making a 30×30 cm2 floor tile. Tile's performance has been eva‎luated under various motion conditions, including walking, very slow running, slow running, and fast running. During walking mode, it generates a power output of 0.51 W, which is equivalent to 0.57 mW/cm2. Additionally, each step on this tile generates 511 mJ of energy, equivalent to 568 mJ/cm2. During the conversion of mechanical energy into electrical energy, it is estimated that this system prevents the release of approximately 0.09 g of carbon dioxide equivalent per thousand steps, contributing to greenhouse gas reduction. Furthermore, the energy production potential of the system in a specific area of a metro station has been calculated, and its environmental benefits have been assessed. Finally, a comparison has been made between the presented system and other systems documented in existing literature.
  • كليدواژه هاي فارسي
    ارتعاشات عمودي , استحصال انرژي , كفپوش كاشي , قدم‌هاي انسان , برداشت‌كننده انرژي الكترومغناطيسي , افزايش فركانس با تحريك اوليه , آرايش هالبچ
  • كليدواژه هاي لاتين
    Vertical vibrations , Floor tile , Energy scavenge , Human footsteps , Electromagnetic energy harvesting , Plucking frequency up-conversion , Halbach array
  • Author
    Mahdi Asadi
  • SuperVisor
    Rouhollah Ahmadi