土木建筑学院、河南大学钢与空间结构研究所周志勇课题组在国际能源类知名期刊《Energy》（中科院JCR一区期刊，影响因子9）期刊上发表题为“Biomimetic swallowtail V-shaped attachments for enhanced low-speed wind energy harvesting by a galloping piezoelectric energy harvester”的研究论文。该研究成果是河南大学土木建筑学院与西北工业大学工程力学系在风能收集与利用方面的探索性成果，西北工业大学的秦卫阳教授参与了此项工作，河南大学土木建筑学院为第一署名单位，西北工业大学力学与土木建筑学院为第二署名单位。
图1. 采集器的结构设计:(a)仿生燕尾v型附件的概念基础，(b)侧视图，(c)俯视图。
环境风能由于其稳定的供应和巨大的能量容量，被认为是最重要和最有前途的清洁能源之一。近年来，对其的收集利用成为研究的热点。基于风能的采集装置主要可分为旋转涡轮式采集器和风致振动式采集器。风致振动式采集器具有结构简单、体积小等优势，成为目前研究的重点方向。其中，高效的低风速能量收集更是将可持续风力发电扩展到风力资源有限的地区的关键。本研究介绍了一种在低风速环境下提高风能捕获效率的创新方法，该方法通过在方形钝体上添加两根由仿生灵感设计的V形附件设计来提高风能捕获效率。设计的V形附件是从燕尾身上得到灵感，主要用于操纵气流，创造一个不对称的压力场，从而显著改善采集装置的振动幅度。该设计在风洞实验中进行了测试，实验结果表明与传统设计相比，在最低测试风速为1.7 m/s时就开始发生驰振，切入风速降低了32%，功率输出显著增加。计算流体动力学模拟进一步阐明了增强能量收集背后的机制，强调了v形附件在产生更强、更稳定的涡流脱落方面的作用，这对有效的能量收集至关重要。所提出的附件不仅有效降低了采集系统发生驰振的切入风速，而且显著增加了设备的功率输出，表明了这种设计在风能资源有限的地区扩大风能可行性的潜力。
该项研究得到了国家自然科学基金青年项目、河南省高校重点科研项目以及土木建筑学院的支持。
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.energy.2024.132063
新闻速递