学生科技创新基金项目申请书-能动学院13级机械电子工程-张建军

1、编号： 所属领域：自然A学历：本科 推荐类别：学生科技创新基金项目申请书 项 目 名 称：液压系统噪声能量再生利用的研究 申 请 者： 张建军 所 在 学 院： 能源与动力工程学院 联 系 电 话：兰 州 理 工大 学二一六年一月填 表 说 明一申请者填写申请书前应详细阅读兰州理工大学学生科技创新基金管理办法；二封面填写说明：1.“编号”由校团委填写；2.“所属领域”申报者依照项目简表中的“作品所属领域”填写简称，如：“自然C”或“哲社D”等；3.“学历”申报者填写“本科”或“硕士”；4.“推荐类别”由推荐单位依照一类3000元，二类2000元，三类500元的项目，填

2、写“一类”或“二类”、“三类”。三申请书表二至表六中空格不够时可自行加页；四项目研究截止时间原则上为当年10月；2一、项目简表项 目 名 称液压系统噪声能量再生利用的研究申请金额3000元作 品所 属领 域自然科学类学术论文AA.机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控制、工程、交通、建筑等）B.信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等）C.数理（包括数学、物力、地球与空间科学等）D.生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健康、卫生、食品等）E.能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化工、生态、环保等）哲学社会科学类社会调查报告和学术论文A.哲学 B.经济 C.社会D.法律 E.教育 F.管理

3、科技制作发明类A类（科技含量高、成本投入大）B类（投入较少的小发明、小制作）负责人情况姓名张建军性别男年龄21所在学院能源与动力工程学院现读学历本科年级专业13级机械电子工程其他成员情况姓 名性别年龄年级专 业所在学院项目分工 刘宁男2213级机械电子工程能源与动力工程学院噪声产生机理与耗散机制党亚鑫男2213级机械电子工程能源与动力工程学院噪声能量再生机理与实现邹杰男2313级机械电子工程能源与动力工程学院再生噪声能的高效利用张硕文男2414级机械电子工程（硕士研究生）能源与动力工程学院流场仿真计算指导教师基本情况（最多2人，必须有1位为副高职称）姓名性别年龄职称专业所在院系备注刘新强男28

4、助教机械电子工程能动学院液压系冀 宏男44教授机械电子工程能动学院液压系二、项目简介随着液压技术的不断发展，由于其功率密度较大，所以使用越来越广泛，但是往往因为噪声的因素使得液压系统在使用中产生很多的困扰，尤其是对工作人员也会产生不良的影响。能够将噪声的成因进行挖掘并加以回收利用对于改善系统性能来说具有非常重要的现实意义。本项目拟通过噪声收集、声-电等装置进行能量转换，实现传统液压系统噪声能量再生，为高效节能静音型液压系统设计提供参考。初步提出两种实现形式，一种是采用逆向使用喇叭发声原理的方法，收集噪声并用线圈切割磁感线的原理产生电流；另一种是针对有强烈振动场合，采用压电材料的正压电效应，将振

5、动传到压电材料上，通过压电材料的变形来产生电流。项目主要研究内容包括液压系统噪声产生机理与耗散机制；液压系统噪声能量再生机理与实现；液压系统再生噪声能的高效利用。项目拟申请专利1-2项，撰写液压系统噪声能量再生利用的研究研究报告一份。三、本研究项目的科学依据和意义(包括科学意义和应用前景，国内外研究概况、水平和发展趋势、学术思想，立论根据，特色或创新之处) 在日常生活中，特别是工业生产中，噪声无处不在，往往给生产者带来很大的困扰。人们想方设法利用各种手段去减轻噪声带来的困扰和危害，却几乎没有人能想到噪声也是一种被放错位置的资源。只要我们能想办法讲噪声收集起来加以利用，不但能解决噪声给我们带来的

6、危害，还能变废为宝，产生更大的经济效益。其实在国外已经有人意识到噪声也可以被加以利用，变废为宝。比如医生可以利用噪声去治病。最近，科学家制成一种激光听力诊断装置，它由光源、噪声发生器和电脑测试器三部分组成。使用时，它先由微型噪声发生器产生微弱短促的噪声，振动耳膜，然后微型电脑就会根据回声，把耳膜功能的数据显示出来，供医生诊断。它测试迅速，不会损伤耳膜，没有痛感，特别适合儿童使用。此外，还可以用噪声测温法来探测人体的病灶。另外，还有科学家尝试用利用噪声来制冷。 目前，世界上有科学家正在开发一种新的制冷技术，即利用微弱的声振动来制冷的新技术，第一台样机已在美国试制成功。但是噪声是否可以被利用来发电

7、呢？ 噪声作为一种能量的污染，比如噪声达到160 dB的喷气式飞机，其声功率约为10000 W；噪声达140 dB的大型鼓风机，其声功率约为100 W。因此，很多新能源开发者也开始将目光抛向噪声发电这方面。国外科学家甚至还发现，当声波遇到屏障时，声能会转化为电能，英国的学者就是根据这一原理，设计制造了鼓膜式声波接收器，将接收器与能够增大声能、集聚能量的共鸣器连接，当从共鸣器来的声能作用于声电转换器时，就能发出电来。2009年,韩国研究人员利用剑桥大学的研究成果,并利用人耳吸收声波的原理,制造出了仿照人耳吸收声音的鼓膜噪声发电机.研究人员将这种发电机命名为"声雷".它的外形像

8、一个盒子,长宽各45厘米,厚8厘米,质量为7千克。发电机内储存有碳酸盐、丙烯腈等化学物质,可以将噪声冲击波造成的仿生鼓膜的振动能转化为化学能储存起来,当它与电器相连时就可释放出电能。而在我国也有相关研究人员做过类似研究，比如台湾设计师周宏威设计了一款利用飞机起降的巨大轰鸣声来发电的跑道指示灯。指示灯内部设有专门的噪声发电装置，能将飞机起降的噪声转化成电能供指示灯发光。 图1 液压动力单元及其测量噪声图b 电机油泵组图c 电机油泵组噪声图a 液压动力站不过，噪声发电的应用在技术方面尚不够完善，而且存在高投入低产出的问题等，很多东西仍停留在理论层面上，直到现在仍然没有得到真正的推广应用。但受到台湾

9、设计师将机场噪声转化为光能的启发，申请者认为可将液压系统噪声能量再生利用，不但起到抑制噪声的作用，还可以实现噪声能量回收利用。众所周知，喇叭的发声原理就是把一条有电流的导线与磁力线垂直的放进磁铁南北极间，导线就会受磁力线与电流两者的互相作用而移动，在把一片振膜依附在这根导线上，随着电流变化振膜就产生前后的运动从而发声。申请者拟逆向使用这一原理将液压系统噪声回收。将带有轻质线圈的薄膜放在液压系统主要噪声源（比如液压动力源，如图1所示）附近，利用噪声的高频振动带动带有线圈的薄膜在磁场中来回运动切割磁感线从而产生电流，然后再通过整流装置和变压器将这些电能收集起来加以利用。显然，把装有这种能收集噪声的

10、薄膜包裹住液压系统噪声源四周，既能吸收刺耳的噪声，又能将噪声能转化成电能，满足照明灯、信号指灯的用电等需要。 另外，考虑到在液压传动的过程中，机器或者管道会产生较大的震动，我们可以考虑利用压电材料将较大的震动直接转化成电能，然后输送到化学电池中储存起来。在液压传动中，噪声永远是无法回避的问题。如果能够按照我们的想法能够将控制噪声和利用噪声的措施巧妙地结合起来，申请者相信这将是一个非常有意义的尝试。四、研究内容和预期成果(说明研究项目的具体内容并明确重点解决的科学问题，预期成果和提交形式) 1.研究内容1） 液压系统噪声产生机理与耗散机制针对典型液压系统，运用噪声测量仪通过控制变量法，并结合理论

11、分析，确定液压系统的噪声源；进行机械振动检测与流场仿真计算，揭示液压系统噪声产生机理与耗散机制。2） 液压系统噪声能量再生机理与实现根据液压系统噪声产生与耗散机理，提出液压系统噪声能量转换再生的实现方案；研究噪声能量-捕捉-转换-再生过程，获得液压系统噪声能量的再生机理，进而优化噪声能量再生实现方案。3） 液压系统再生噪声能的高效利用在噪声能量再生的基础上，提出再生噪声能量的利用方式；计算噪声能量再生-利用的效率，分析并获得损失机制，提高再生噪声能量利用率。2.科学问题1）液压系统噪声产生机理与耗散机制2）液压系统噪声能量再生机理与实现3.预期成果1）液压系统噪声能量再生与利用机理2）液压系统

12、噪声能量再生与利用装置（原理性）4.预期成果1） 研究报告1份2）申请专利12项五、预期学术价值或经济和社会效益本项目通过回收再生利用液压系统的噪声能量，力争提高液压系统的效率，对于促进高效节能静音型液压技术的发展具有重大现实意义，其实际应用前景广泛。六、拟采用的研究方法、技术路线和进度安排1.研究方法1）液压系统噪声产生机理与耗散机制拟针对液压动力单元为典型电机油泵组型的液压系统，通过干扰噪声隔离，使用AWA6291噪声测量仪进行噪声测量，并结合理论分析，确定液压系统的主要噪声源；使用振动测试仪器进行机械振动检测，运用流场仿真软件FLUENT进行流动仿真计算，揭示液压动力源噪声产生机理与耗散

13、机制。2）液压系统噪声能量再生机理与实现图2 液压系统噪声能量再生利用初步方案图a 鼓膜式噪声能量再生利用方案图b压电式噪声能量再生利用方案根据液压系统噪声产生与耗散机理，提出液压系统噪声能量转换再生的多种实现方案(如图2所示，其中图2b以电动机为振动源为例)；研究噪声能量-捕捉-转换-再生过程，计算噪声能量转换-再生效率，分析噪声转换-再生影响关键因素，获得液压系统噪声能量的再生机理，进而优化噪声能量再生实现方案。3）液压系统再生噪声能的高效利用在噪声能量再生机理研究的基础上，提出再生噪声能量的初步利用方式；计算噪声能量再生-利用的效率，分析能量损失因素，获得再生噪声能量损失机制，提出液压动

14、力源再生噪声能的高效利用途径，提高再生噪声能量利用率。 2.技术路线噪声产生与耗散机理再生噪声能量高效利用液压系统噪声能量再生机理与实现捕捉-转换-再生机制噪声测量振动检测流场仿真再生实现方案损失机制图3 液压系统噪声能量再生利用的研究技术路线利用方案理论分析3.进度安排1）2016.3液压系统噪声产生机理与耗散机制2) 2016.4-2016.5液压动力源噪声能量再生机理与实现3) 2016.6-2016.8液压动力源再生噪声能的高效利用，申请专利4) 2016.9 撰写研究报告七、申请者所在学院或社团团工委初审意见指导教师意见：（对项目的意义、特色和创新之处及申请者的研究水平与学风签署具体意见） 本项目通过液压系统噪声能量收集、转换等环节，实现噪声能的再生利用，变害为利，构思巧妙，创新性强，技术水平高，对于提高液压