Effiziente Nutzung von Flussenergie

Die Kopplungsmechanismen zwischen der Dynamik der flexiblen Strukturen und den umgebenden Flüssen können zur selbsterhaltenden Bewegung eines festen Körpers führen. Mehrere wichtige Fluid-Feststoff-Instabilitäten wurden bisher untersucht, um Durchführbarkeit und Effizienz dieser Systeme für die Erzeugung erneuerbarer Energien aus geophysikalischen Flüssen zu bewerten. Diese Systeme haben eine Menge Aufmerksamkeit auf sich gezogen, zumal herkömmliche Wind- oder Wasserkraftanlagen keine effiziente Energieumwandlung für Niederstromanwendungen bieten können.

Im EU-geförderten Projekt FLOWENERGY wählten die Wissenschaftler eine andere Strategie als die bisher verwendeten Ansätze. Statt die strömungsinduzierten Instabilitäten und Vibrationen zu reduzieren, verstärkten sie die Vibrationen des Feststoffes, um die Menge der erzeugten Energie einer gegebenen stationären Fluidströmung zu maximieren.

Ein Bruchteil der aus der Strömungsenergie gewonnenen kinetischen Energie kann in elektrische Energie umgewandelt werden. Für diese Energieumwandlung müssen die Schwingungseigenschaften des Feststoffs beeinflusst werden - Instabilitätsschwelle, Amplitude und Frequenz. FLOWENERGY zeigte, dass die Energiegewinnung von den grundlegenden Eigenschaften dieser Fluid-Feststoff-Systeme profitieren kann, da sie die Vibrationen bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten und mit höher abweichenden Amplituden stärken.

Außerdem legten die Wissenschaftler einen Schwerpunkt auf die Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen dem Fluidstrom, des vibrierenden Feststoffs und des elektrischen Ausgangsschaltkreises an einer piezoelektrischen Platte. Es stellte sich heraus, dass die Schaltungen die Effizienz der Energiegewinnung wesentlich beeinflussten, indem sie Tuning- oder Lock-in-Phänomene stärkten.

Eine weitere Aufgabe bestand darin, komplexe Baugruppen von vibrierenden Feststoffen zu prüfen und die Beziehung zwischen der lokalen Anordnung und deren Schwingungseigenschaften zu bestimmen. Experimentelle Studien umfassten unregelmäßige Arrays von vibrierenden Zylindern. Ein einfaches Modell wurde vorgeschlagen, um die Schwingungsamplitude der einzelnen Zylinder in Abhängigkeit von ihrer lokalen Anordnung zu bestimmen. Diese Studie ist von entscheidender Bedeutung für die Konstruktion von Anlagen zur Energiegewinnung (energy harvesting farms) oder von Baugruppen für die Umwandlung von Strömungsenergie.

Das Problem der hydrodynamischen Wechselwirkungen in Baugruppen von selbsterhaltenden Systemen führte zur Gründung mehrere Kooperationen im Rahmen des Projekts.

FLOWENERGY trug dazu bei, das Wissen von Energieaustauschmechanismen in schwingenden Fluid-Feststoff-Systemen weiter zu verbessern und ihr Energiegewinnungspotenzial zu bestimmen.