Inductive effects on energy harvesting piezoelectric flag

Abstract

National audienceInteraction between a flexible flag and a flow leads to a canonical fluid–structure instability whichproduces self-sustained vibrations, from which mechanical energy could be converted to electrical energythrough piezoelectric materials covering the flag and thus being deformed by its motion. We study thepossibility of harvesting this energy, especially the effect of an inductive circuit on the energy harvestingprocess. A destabilization of the coupled system is observed after adding an inductance. In the nonlinearcase, the harvesting efficiency increases significantly at lock–in between the frequencies of the flutteringflag and the electrical circuit.L'interaction d'un drapeau flexible avec un écoulement est connue pour donner lieu à une vibration auto-entretenue, dont l’énergie mécanique peut être convertie en énergie électrique par le biais des matériaux piézoélectriques qui couvrent le drapeau et ainsi se déforment avec celui-ci. On étudie la possibilité de récupérer cette énergie, et en particulier l'effet d'un circuit inductif sur le processus de récupération. Dans l’étude linéaire, une déstabilisation du système est observée par l'ajout d'une inductance. Une méthode numérique, basée sur une description explicite entre le couplage fluide–solide–électrique, est utilisée pour la simulation non-linéaire du système. En régime non-linéaire, l'efficacité de récupération augmente significativement lors de l'accrochage entre les fréquences de battement du drapeau et du circuit électrique