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随着无线电子设备、传感器、微机电系统等低能耗电子产品的普遍应用,产品的持续供能成为了研究者关心的热点问题。由于传统供能源(如电子、电池)储能电量有限,需要定期更换,在一些人类难以到达的场合(如深海、远海、原始森林、太空、人体等)弊端明显,研究者需探究持续的供能方式。压电振动俘能技术是一种将环境振动能转化成电能的有效方式。环境的振动能形式主要有风动能、水动能、潮汐能以及机械振动能等,其中水动能具有能量密度大、分布广泛、绿色环保、可持续利用等优点,是一种重要的新能源形式。面对高速水流,可以建立水电站转化水动能为电能,为人类生活所用。而水流在自然界中多以低速状态存在,面向低速水流,本文提出了基于压电俘能器的流激振动俘能方式,该方法兼备水动能和压电俘能技术的优势,应用前景广泛。基于水流的涡激振动,本文开展了单一压电俘能器的流激振动俘能研究,包括压电俘能器的流激复摆振动俘能和流激弯扭、复合振动俘能研究。前者有效的提高了水流流域的空间利用率,降低了共振响应频率和产生涡激共振的水流流速,更适合低速水流环境。后者针对相对较高的流速环境,复合了弯振和扭振两种振动模式,相比于传统的弯振式俘能器,有效提高了俘能器的发电性能。面向两种压电俘能方式,通过涡激振动理论、压电理论和能量法,考虑流体附加质量和附加阻尼对俘能器的影响,分别建立了压电俘能器流激复摆振动俘能和流激弯扭复合振动俘能的流-固-电耦合数学模型。基于所建立的耦合数学模型,数值分析了流场流速、压电俘能器结构、负载电阻等参数对两种俘能方式的振动响应和发电性能的影响规律。研究发现:两种压电俘能器在水流激励下产生涡激振动,其振动响应和发电性能随着水流流速的增大而先增大后减小,均在涡激共振处获得最大值;振动频率整体随流速的增大而线性增大,但在涡激共振附近,由于涡激振动的频率“锁定”特性,俘能器的振动频率被锁定在俘能器的固有频率附近。圆柱直径和压电梁宽度的增大、圆柱质量和压电梁长度的减小均有利于提高俘能器涡激共振时的发电性能,但同时也增大了俘能系统产生涡激共振的水流流速,不利于低速水流环境;圆柱浸水长度和圆柱长度等参数的增大均有利于提高俘能器的振动响应和发电性能。存在一个最优电阻值使俘能器的输出功率最大,最优电阻值随圆柱直径的增大而增大,随流速的增大而减小。诸多工况下,单一压电俘能器不能满足供能需求,鉴于此,本文提出了双俘能器流激耦合振动俘能方式,研究了两个复摆振动式压电俘能器在并行和串行两种排列方式下的流激耦合振动响应和发电性能。为了探究俘能器与流场、俘能器与俘能器之间的相互耦合影响,建立了双压电俘能器系统的流-固-电耦合模型,仿真分析了双俘能器的流激耦合振动俘能特性。研究发现:在串行排列方式下,上游俘能器的振动形式为涡激振动,下游俘能器受到上游俘能器尾流激励的影响,其振动形式为涡激振动耦合尾流激振。在不同的间距比下,上游和下游俘能器的振动响应不同。当两者间距较小时,两俘能器的相互耦合作用较大,致使上游和下游两个俘能器的振动响应和发电性能均提高。随着间距比的增大,两者的耦合作用降低,两个俘能器的输出功率均降低。在低速区域(0.174 m/s-0.272 m/s),上游俘能器的振动响应和发电性能大于下游俘能器,在较高流速区域((29)0.272 m/s),下游俘能器的振动响应和发电性能则远大于上游俘能器。在并行排列方式下,间距较小时,两者的耦合作用较大,振动响应和发电性能有所提高。左右两侧压电俘能器的振动响应和发电性能相同,其振动形式均为涡激振动。设计并搭建了水动力实验系统和测试平台,研制了三套压电俘能器的实验样机。测试了单一俘能器在水流激励下的发电性能,对比数值分析和实验测试结果,发现有较好的吻合,验证了本文数学模型的正确性;分别搭建了串行和并行双压电俘能器流激振动俘能实验测试系统,测试了两个俘能器在水流激励下的发电性能,与仿真分析结果对比,验证了仿真分析的正确性。